Cu deosebită recunoștință, dedic această teză tuturor celor care de-a lungul anilor au contribuit la formarea mea profesională. [306511]

[anonimizat]-a lungul anilor au contribuit la formarea mea profesională.

[anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], al specialiștilor din cadrul laboratoratorului de analiză a [anonimizat] a familiei mele.

[anonimizat]. univ. habil. dr. ing. Lazar Maria și să îmi exprim sentimentele de recunoștință pentru încrederea acordată încă din perioada studiilor de licență și pentru permanenta sa îndrumare de-a [anonimizat] a tezei.

[anonimizat], prof. univ. dr. ing. [anonimizat]. univ. dr. ing. Florea Adrian și șef lucr. dr. ing. [anonimizat], sfaturile știițifice valoroase și sugestiile oferite.

[anonimizat] m-[anonimizat].

[anonimizat], Craiova, [anonimizat] a [anonimizat], iar elaborarea ei mult mai dificilă.

Țin să mulțumesc doamnei conf. univ. dr. ing. [anonimizat]. [anonimizat]. [anonimizat]. Rada Constantin din cadrul Facultății de Mine și doamnei laborant xx din cadrul Stației de tratare a apei potabile Zănoaga pentru disponibilitatea de care au dat dovadă și sprijinul acordat pentru efectuarea determinărilor și încercărilor de laborator.

[anonimizat]. [anonimizat], drd. [anonimizat], drd. [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat], [anonimizat], pentru sprijinul moral și înțelegerea de care au dat dovadă. Închei mulțumindu-i [anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat] (chiar dacă nu în medicină) îi aduce cea mai mare bucurie oriunde ar fi.

Vă mulțumesc!

Drd. ing. Apostu Izabela-Maria

SCOPUL TEZEI DE DOCTORAT

Scopul tezei de doctorat este de a evalua și analiza riscurile geotehnice în condițiile inundării golurilor remanente ale fostelor cariere de lignit. Teza urmărește să inițieze și să încurajeze cercetarea în domeniul geotehnic, al ingineriei mediului și în managementul golurilor remanente ale fostelor cariere de lignit. La nivel mondial se pune tot mai mult accentul pe recuperarea și redarea terenurilor afectate de activitățile miniere în circuitul productiv și/sau ecologic. Inundarea golurilor remanente este una dintre direcțiile posibile de reutilizare a golurilor remanente, această practică având beneficii majore pe termen lung indiferent de tipul de reutilizare. Totuși, prezența apei în roci, situație care se materializează odată cu refacerea resurselor acvifere, cu inundarea golului remanent și cu ridicarea nivelului apei în haldă, determină înrăutățirea caracteristicilor geotehnice ale acestora și sporirea riscurilor geotehnice de tipul alunecărilor de teren.

În urma evaluării oportunității de inundare a golurilor remanente din Bazinul minier Rovinari s-a constatat faptul că golul remanent al carierei Peșteana Nord prezintă oportunitate ridicată de inundate. Studiul se bazează pe cercetări ample care cuprind documentări, prelevări de probe, determinări și încercări în laborator, prelucrări statistico-matematice, formulări de ipoteze, analize, evaluări, interpretări și observații pe teren privind comportamentul rocilor și manifestarea fenomenelor geotehnice negative.

Elaborarea metodologiei de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente, analiza stabilității taluzurilor definitive ale carierei și evaluarea riscurilor geotehnice în condițiile inundării golului remanent al carierei Peșteana Nord reprezintă pilonii de bază ai tezei de doctorat. Evaluarea timpurie a riscurilor geotehnice permite stabilirea măsurilor de reducere a riscurilor asigurând condiții favorabile de stabilitate și securitate obiectivelor din zonele de influență.

Originalitatea tezei constă în modul de combinare a metodelor și metodologiilor elaborate cu cele clasice și probabilistice existente în literatura de specialitate pentru rezolvarea problematicii propuse și de structurare a informațiilor similar unui ghid. În plus, amintește necesitatea recuperării terenurilor degradate, urmărește prevenirea abandonului perimetrelor miniere la nivel național și încurajează aplicarea metodei de inundare a golurilor remanente utilizând toate resursele necesare pentru redarea corespunzătoare în folosință a acestora întrucât beneficiile compensează în timp investițiile.

INTRODUCERE

Dezvoltarea societății umane are la bază activitatea de exploatare a resurselor minerale și energetice. La nivel mondial, resursele energetice ocupă poziții importante în piramida resurselor neregenerabile (locurile 3 și 6 din 51 sunt ocupate de cărbune, respectiv lignit). (Kippenberger, 2001) România deține importante și variate zăcăminte carbonifere, iar activitatea minieră din țara noastră, în ceea ce privește minele de cărbune, este consemnată din timpuri străvechi.

Resursele naturale ale Pământului au permis omului, încă din cele mai vechi timpuri, să își construiască arme pentru a vâna, să se hrănească, să își construiască adăpost, să se încălzească, însă, odată cu trecerea timpului omul a descoperit că resursele oferite de natură nu doar că pot asigura supraviețuirea și traiul în condiții decente, ci și bunăstarea la un nivel ridicat. Aceaste practici au condus la exploatarea și utilizarea irațională a resurselor naturale și la confruntarea lumii moderne cu numeroase probleme, precum epuizarea unor resurse esențiale vieții (apa, combustibilii fosili etc), degradarea terenurilor și a calității mediului înconjurător, ceea ce implică și afectarea calității vieții.

Lignitul este o resursă practic neregenerabilă (o rocă formată prin carbonizarea lentă a resturilor vegetale în absența oxigenului atmosferic, la presiuni și temperaturi ridicate, în decursul timpurilor geologice), exploatarea și consumul irațional a acestuia conducând la pierderea definitivă și nejustificată a rezervelor existente. În condițiile actuale de exploatare, resursele energetice se vor epuiza în scurtă vreme, iar societatea va intra în declin. De aceea, se impune conservarea rezervelor de resurse energetice prin gospodărirea judicioasă și valorificarea optimă a acestora.

În anul 2016, s-a estimat că rezervele mondiale de cărbune sunt suficiente pentru a satisface 153 de ani de producție. România deține doar 0,1% din rezervele mondiale, acoperind necesarul țării pentru aproximativ 20-40 ani. Alte țări, precum S.U.A. și Rusia, au rezerve disponibile pentru următorii 246, respectiv 500 de ani. (***, BP Statistical Review of World Energy, 2017) Potrivit Asociației Mondiale a Cărbunelui, cei mai mari producători de lignit din lume sunt: Germania, Rusia, Australia, S.U.A., Polonia, Turcia, Grecia, India, Cehia și Serbia. Producția mondială de lignit, la nivelul anului 2015, a fost de 807,4 mil. tone. (***, International Energy Agency, 2016)

La nivelul Uniunii Europene producția de lignit a fost de 177,3 mil. tone înregistrând o scădere de 6,8% față de anul precedent. Conform raportului realizat de Asociația Europeană pentru Cărbune și Lignit în anul 2013, producția de lignit din România a înregistrat o scădere majoră de circa 29% (producția a scăzut de la 32,1 mil. tone la 22,9 mil. tone). Anii următori producția de lignit a fost relativ constantă. În anul 2017 s-a înregistrat o creștere de 12% față de producția realizată în anul precedent, însă în prima jumătate a anului 2018 producția de lignit a fost de doar 11,4 mil. tone comparativ cu 12,3 mil. tone înregistrate în prima jumătate a anului 2017. (***, EURACOAL, 2017; ***, EURACOAL, 2018)

Cea mai mare parte a rezervelor sigure de lignit sunt localizate în Bazinul Minier Oltenia. Bazinul minier Rovinari, alături de bazinele miniere Motru, Jilț, Mehedinți și Berbești, face parte din Bazinul carbonifer al Olteniei unde sunt cantonate peste 95% din rezervele de lignit ale țării. Zăcămintele de lignit aflate în exploatare dispun de rezerve de peste 400 milioane de tone. Rezervele de lignit concesionate pot asigura exploatarea eficientă a acestora pentru încă aproximativ 15 ani, la un nivel al producției de circa 30 mil. tone/an. (***, Strategia energetică a României, 2014)

Producția de lignit în bazinul Rovinari a scăzut în ultimii ani din cauza condițiilor geologice tot mai grele și a problemelor întâmpinate privind exproprierea terenurilor.

La nivel național, lignitul împreună cu alte tipuri de cărbune (exploatate într-o proporție mai mică), reprezintă o sursă importantă de energie. Acesta asigură necesarul pentru producerea a aproximativ 30% din energia electrică și termică, procentul variind în funcție de sezon și de cerere. Lignitul se utilizează la scară industrială în industria energetică sau la nivel de gospodărie în vederea încălzirii locuințelor.

În vederea exploatării raționale și valorificării superioare a zăcământelor de lignit în concordanță cu cererea de lignit la nivel național s-au stabilit următoarele obiective:

extinderea perimetrelor existente;

concentrarea activității în perimetrele miniere cu potențial de eficiență economică;

asigurarea bazei materiale pe termen lung prin deschiderea unor noi perimetre în condiții de eficiență economică;

măsuri legislative pentru realizarea exproprierilor (terenuri, gospodării) necesare dezvoltării exploatării, după o justă despăgubire;

continuarea programului de reabilitare, retehnologizare si modernizare a fluxurilor tehnologice și mijloacelor de producție corelat cu asigurarea bazei materiale pe termen lung;

atragerea de surse de finanțare;

refacerea terenurilor degradate și diminuarea impactului asupra mediului natural în zona de activitate;

atenuarea problemelor sociale determinate de încetarea activității ca urmare a epuizării rezervelor în anumite perimetre sau din alte cauze;

perspectiva repoziționării cărbunelui ca sursa primara de energie strategică. (***, Acord de mediu nr. 935, 2015)

Exploatarea rațională a resurselor energetice este o necesitate, dar trebuie stabilit un echilibru între această necesitate și aceea a refacerii terenurilor degradate de minerit. Îndeplinirea obiectivelor dezvoltării durabile la nivelul fiecărei regiuni afectate de activitățile miniere și nu numai, contribuie la dezvoltarea eficientă a întregii planete, având efecte pozitive și impresionante asupra mediului înconjurător. (Nyari, 2016; Lazar et al., Quality, 2017)

Lignitul se exploatează, în general, prin lucrări miniere de exploatare la zi. Metoda de exploatare la zi, prezintă o serie de avantaje în comparație cu exploatarea în subteran, precum: creșterea productivității ca urmare a unei mecanizări integrale a proceselor de extracție, transport și depozitare, costuri reduse, condiții optime de lucru și siguranță la locul de muncă. (Fodor, 2008)

Industria minieră, prin fiecare activitate de extragere și preparare, conduce întotdeauna la efecte negative pe termen lung asupra mediului înconjurător. Spre deosebire de exploatarea în subteran, exploatarea la zi are un impact semnificativ mai mare, atât din punct de vedere vizual, cât și asupra factorilor de mediu, având contact direct cu aceștia. Factorul de mediu care are cel mai mult de suferit este terenul și odată cu acesta întregul ecosistem. În urma exploatărilor la zi, rezultă cantități mari de steril, provenit din procesul de extragere a copertei zăcământului și a intercalațiilor sterile. Cantitățile mari de steril necesită suprafețe mari de depozitare, ceea ce implică și situații de risc, precum fenomene de instabilitate de tipul alunecărilor de teren.

După încetarea unei activității miniere, fie ca urmare a epuizării resurselor minerale, fie ca urmare a faptului că exploatarea nu mai este rentabilă din punct de vedere tehnico-economic, este importantă recuperarea golului remanent și redarea în circuitul ecologic sau economic.

La nivel mondial, recuperarea și reutilizarea unui teren degradat a devenit o practică des utilizată, având beneficii majore și pe termen lung. Ca exemple, pot fi enumerate țări precum Germania, S.U.A., Marea Britanie, Canada etc.; câteva dintre direcțiile de reutilizare a terenurilor degradate de minerit sunt: zone recreaționale, lacuri cu diferite funcțiuni, zone agricole, muzee, centre educaționale sau științifice, atracții turistice, depozite controlate de deșeuri etc.

La nivel național, această practică este mai puțin aplicată, în primul rând din cauza costurilor ridicate pe care le implică, astfel că de cele mai multe ori perimetrele miniere sunt eliberate de sarcinile tehnologice și abandonate.

Metoda de inundare a golurilor remanente ale fostelor carierelor se aplică tot mai frecvent la nivel mondial. Această metodă este acceptabilă din punct de vedere economic ținând cont de numeroasele beneficii pe care le prezintă pe termen lung. (Apostu and Lazar, Geoecologia, 2019)

Totuși, atât carierele active, cât și golurile remanente ale fostelor cariere aflate în conservare, pot întâmpina o serie de probleme geotehnice. Riscurile geotehnice pe care le implică formarea unui lac sunt semnificative și este necesară asigurarea securității și siguranței obiectivelor din zonele de influență în toate etapele proiectului (etapa de exploatare și etapa post-închidere).

Caracteristicile geotehnice ale rocilor joacă un rol important în stabilirea elementelor geometrice corespunzătoare ale treptelor de lucru și definitive ale carierei. Odată cu începerea activității de exploatare, dar și ca urmare a influenței diferiților factori externi (suprasarcini, influența apei, vibrații etc.), apar o serie de modificări ale caracteristicilor geotehnice. Acestea determină scăderea rezervei de stabilitate a taluzurilor.

În condițiile refacerii resurselor acvifere și a inundării golurilor remanente caracteristicile geotehnice ale rocilor se înrăutățesc ca urmare a influenței negative a apei.

Apa reprezintă principala cauză a apariției fenomenelor geotehnice negative, de tipul alunecărilor de teren. Prezența apei în roci determină creșterea greutății volumetrice și reducerea caracteristicilor de rezistență ale rocilor. Aceasta se manifestă negativ prin presiunea apei în porii rocilor și prin presiunea hidrodinamică.

Apa are și efecte pozitive asupra stabilității în condițiile submersării taluzurilor. În acest caz apa manifestă o presiune hidrostatică pe taluz comportându-se ca un prism de reazem.

Conform literaturii de specialitate, a analizelor vizuale efectuate în perimetrele miniere din Bazinul Rovinari și a datelor obținute în urma deplasărilor pe teren, riscurile geotehnice majore care pot să apară la taluzurile definitive ale golurilor remanente sunt:

riscul de alunecare a taluzurilor definitive ale carierei și ale haldei ca urmare a modificării stării de eforturi din masiv/depozit în prezența apei;

riscul de lichefiere a materialului haldat în halda interioară ca urmare a saturării rocilor nisipoase și afânate și a manifestării presiunii apei din pori;

riscul de sufoziune la taluzurile definitive ale carierei care poate duce la subminare, urmată de prăbușiri și alunecări ca urmare a manifestării presiunii hidrodinamice;

alte riscuri, precum eroziunea cauzată de scurgerile superficiale (Ochoa-Tejeda, 2010) și tasarea anormală ce poate să apară în condițiile drenării apelor subterane.

De asemenea, este importantă evaluarea stabilității taluzurilor definitive ale golului remanent în diferite condiții . Astfel, s-au efectuat analize de stabilitate atât înainte de inundare, cât și în diferite etape ale refacerii formațiunilor acvifere și a ridicării nivelului apei în haldă și în lac. Rezultatele analizelor de stabilitate stau la baza determinării riscului de alunecare a taluzurilor definitive. În plus, pot fi stabilite și aplicate soluțiile și măsurile corespunzătoare sporirii rezervei de stabilitate și reducerii riscurilor geotehnice.

Aspectele care garantează securitatea și siguranța obiectivelor și oamenilor din zonele de influență sunt lucrările de stabilizare a taluzurilor definitive ale golului, de modelare, de revegetare etc. În condițiile efectuării necorespunzătoare a acestor lucrări, securitatea și siguranța înfruntă numeroase obstacole și implică sporirea probabilității de apariție a unor evenimente nedorite și a riscurilor.

Este extrem de importantă planificarea, încă de la începutul demarării unui astfel de proiect, a lucrărilor necesare creșterii gradului de stabilitate a taluzurilor definitive ale golului remanent, dar și a lucrărilor de recuperare a acestuia și a soluțiilor privind tipul de reutilizare finală, lucrări care pot oferi garanția siguranței.

Alegerea formării unui lac în golul remanent al unei cariere, indiferent de forma de utilizare a acestuia, implică creșterea valorii ecologice, productive, culturale, turistice, etc. a peisajului, iar un teren care trece printr-un proces de recuperare și reabilitare își poate prelua noua funcție mai rapid susținând dezvoltarea sustenabilă a regiunii. Totuși, nu orice gol remanent se pretează la inundare, astfel că s-au analizat o serie de criterii și s-au stabilit condițiile optime care permit inundarea în siguranță a unui gol remanent.

Elaborarea unei metodologii de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente alături de analiza stabilității taluzurilor definitive ale carierei și evaluarea riscurilor geotehnice reprezintă pilonii de bază ai tezei de doctorat.

Metodologia de evaluare a oportunității de inundare s-a aplicat și verificat pentru cazul carierelor din Bazinul Minier Rovinari. Îndeplinind cea mai mare parte dintre criteriile de evaluare s-a constatat că golul remanent al carierei Peșteana Nord prezintă oportunitate ridicată de inundare, motiv pentru care acesta a reprezentat studiul de caz pentru analiza condițiilor de stabilitate și evaluarea riscurilor geotehnice în condițiile inundării.

Printre numeroasele motive care susțin necesitatea de recuperare și reabilitare a terenurilor afectate de minerit se numără:

reducerea și chiar eliminarea riscurilor geotehnice;

eliminarea impactului vizual negativ;

posibilitatea reintegrării suprafețelor degradate în circuitul productiv și/sau ecologic și creării premizelor de dezvoltare durabilă;

îmbunătățirea calității mediului înconjurător;

reducerea pantelor și, odată cu aceasta, diminuarea intensității fenomenelor de eroziune și accelerarea procesului de instalare a vegetației. (Lazăr, 2003; Lazăr, 2010; Lazăr et al., 2018)

Pentru asigurarea cadrului unitar de proceduri aplicabile în procesul de închidere a minelor s-a elaborat “Manualul de închidere a minelor”. Acesta cuprinde toate prevederile legislative în domeniu, aflate în concordanță cu practica internațională, privind procedurile pentru conservarea și închiderea minelor, reabilitarea mediului afectat și reducerea impactului social produs de acestea.

Cele mai utilizate soluții tehnice aplicate în vederea recuperării golurilor remanente ale carierelor și reintegrării în peisaj sub forma de lac de carieră ce poate prelua diferite funcțiuni sunt:

– impermeabilizarea taluzurilor pentru a preveni infiltrațiile și pierderile de apă (dacă este cazul),

– asigurarea stabilității taluzurilor,

– aplicarea metodelor specifice pentru îmbunătățirea calității apei din lac,

– modelarea malurilor lacului pentru reintegrarea armonioasă în peisaj;

– asigurarea din punct de vedere al securității vizitatorilor și populației locale etc. (***, Manualul de închidere a minelor, 2001)

Teza de doctorat cuprinde 10 capitole, fiind structurată pe 3 părți.

Partea I, intitulată Evaluarea oportunității de inundare a golurilor remanente ale fostelor cariere, cuprinde 3 capitole.

În capitolul 1 se realizează o descriere generală a Bazinului minier Rovinari și a unităților miniere de carieră componente. Descrierea cuprinde detalii privind geomorfologia, geologia și hidrogeologia regiunii, descrierea carierelor active și a situației carierelor care și-au încetat activitatea, amplasarea perimetrelor miniere, metodele de expoatare aplicate și caracteristicile geometrice ale taluzurilor carierelor și haldelor.

Având în vedere faptul că nu orice gol remanent se pretează la inundare, s-a urmărit elaborarea unei metodologii de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor. În capitolul 2 sunt stabilite și descrise criteriile de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente care stau la baza elaborării metodologiei, iar în capitolul 3 s-a aplicat și verificat metodologia propusă pentru cazul carierelor din Bazinul Minier Rovinari.

Partea a II-a, intitulată Cercetări, studii și analize preliminare necesare evaluării riscurilor geotehnice. Studiu de caz: Golul remanent al carierei Peșteana Nord, cuprinde 4 capitole. Acestea includ toate informațiile necesare efectuării analizelor de stabilitate și studiilor de evaluare a riscurilor geotehnice Caracteristicile geometrice, hidrologice, hidrogeologice și geotehnice specifice perimetrului minier Peșteana Nord sunt descrise amănunțit.

Capitolul 4 aduce o serie de completări la descrierea generală a perimetrului minier Peșteana Nord. În plus, se prezintă configurația golului remanent și elementele geometrice ale taluzurilor definitive. Capitolul se încheie cu rezultatele cercetării și observațiilor efectuate pe teren.

Capitolul 5 cuprinde o prezentare a caracteristicilor hidrogeologice. În acest capitol se realizează o descrierea formațiunilor acvifere din cuprinsul perimetrului Peșteana Nord și se evidențiază formațiunile de interes. Modul de alimentarea și descărcare al acviferelor, calitatea apelor subterane, calculul volumelor de apă care contribuie la inundarea golului remanent și prezentarea unor ipoteze în ceea ce privește durata de inundare a golului remanent al carierei Peșteana Nord sunt, de asemenea, subiecte discutate în capitolul 5.

Capitolul 6 prezintă caracteristicile geotehnice ale rocilor în stare naturală și saturată și se evidențiază modificările care apar odată cu creșterea umidității și saturarea rocilor. Datele existente în literatura de specialitate și în documentațiile geotehnice studiate, respectiv datele obținute în urma determinărilor și încercărilor în laborator au stat la baza efectuării unei prelucrări statistico-matematice a valorilor caracteristicilor geotehnice ale rocilor. Prelucrarea statistico-matematică s-a efectuat în scopul obținerii unor valori reprezentative ale caracteristicilor geotehnice ale stratelor de roci in-situ în funcție de natura rocilor și ale amestecului de roci haldate.

Rezultatele obținute în urma prelucării datelor au permis analiza stabilității taluzurilor definitive ale golului remanent luând în calcul diferite situații: stabilitatea taluzurilor în condiții de drenare naturală a apei, stabilitatea taluzurilor în condițiile refacerii formațiunilor acvifere și a ridicării nivelului apei în haldă și stabilitatea taluzurilor submersate în diferite etape ale inundării golului remanent. Metodele de evaluare a stabilității taluzurilor definitive și rezultatele analizelor de stabilitate sunt prezentate în capitolul 7.

Partea a III-a, intitulată Evaluarea riscurilor geotehnice. Studiu de caz: Inundarea golului remanent al carierei Peșteana Nord, cuprinde 3 capitole.

În capitolul 8 se prezintă riscurile geotehnice majore care pot să apară în condițiile inundării golurilor remanente ale fostelor cariere și se descriu factorii și cauzele care influențează apariția acestor fenomene geotehnice negative. Capitolul se încheie cu efectele fenomenelor geotehnice care se evidențiază prin metoda rețelelor.

Capitolul 9 răspunde întrebării care a dat naștere temei de cercetare: “Care sunt riscurile geotehnice în condițiile inundării golurilor remanente ale fostelor cariere de lignit?” prin efectuarea unui studiu de evaluare a riscurilor geotehnice în condițiile efective ale inundării golului remanent al carierei Peșteana Nord. Se evaluează riscurile de alunecare, de lichefiere și de sufoziune care pot să apară la taluzurile definitive ale golului remanent în condițiile inundării acestuia.

Se determină vulnerabilitatea obiectivelor în funcție de starea tehnică a masivului/depozitului de roci din perimetrul Peșteana Nord. Probabilitatea de alunecare se determină utilizând metoda probabilistică a lui Rosenblueth.

La evaluare riscului de lichefiere se studiază proprietățile rocilor predispuse la lichefiere, acestea fiind la baza elaborării unei metodologii de determinare a probabilității de lichefiere. Determinarea vulnerabilității materialului haldat la lichefiere se realizează după modelul aplicat la determinarea vulnerabilității la alunecări de teren, însă se introduce potențialul de lichefiere care ține seama de dimensiunea particulelor.

Evaluarea riscului de sufoziune s-a realizat pornind de la graficul care redă corelația dintre gradientul hidraulic și coeficientul de neuniformitate al rocilor. Pentru rezolvarea problematicii s-au stabilit 3 tipuri de acvifere în funcție de grosimea și înclinarea stratelor acvifere față de golul remanent stratului acvifer, coeficientul de filtrare și coeficientul afluxului de apă.

Capitolul 10 cuprinde o serie de propuneri și sugestii personale privind soluțiile și măsurile de diminuare a riscurilor geotehnice și de reintegrare funcțională a lacului în peisaj în condiții de siguranță și securitate.

Teza se încheie cu o serie de concluzii, contribuții personale și propuneri finale și cu o bibliografie care cuprinde 150 note bibliografice dintre care 23 sunt lucrări proprii (ca unic autor, prim autor sau coautor). Teza cuprinde 110 tabele, 133 figuri, 25 relații de calcul și 9 anexe.

PARTEA I

EVALUAREA OPORTUNITĂȚII DE INUNDARE A GOLURILOR REMANENTE ALE FOSTELOR CARIERE

CAPITOLUL 1

DESCRIEREA GENERALĂ A BAZINULUI MINIER ROVINARI

Lucrările de explorare și cartările geologice întreprinse la jumătatea secolului al XX-lea în zona de nord-vest a Olteniei au pus în evidență existența celor mai importante zăcăminte de lignit din România.

Activitatea de exploatare a lignitului din Oltenia se defășoară de mai bine de jumătate de secol și furnizează una dintre cele mai importante resurse energetice pentru România. Bazinul minier Oltenia deține cantități impresionante de lignit, suficiente încât să asigure României resurse pentru următorii 20-40 de ani.

Bazinul Carbonifer al Olteniei se desfășoară între fluviul Dunărea și râul Olt, pe raza județelor Mehedinți, Gorj și Vâlcea și ocupă o suprafață de aproximativ 4500 km2. Acesta cuprinde 5 bazine miniere: Rovinari, Motru, Jilț, Berbești și Husnicioara, fiind împărțit astfel după criterii geografice, geologice (natura rocilor și grosimea stratelor de roci, adâncimea de exploatare, gradul de tectonizare), hidrogeologice și economice.

În bazinele miniere din Oltenia sunt cantonate peste 95% din rezervele de lignit ale țării. (Fodor et al., 2003).

Structura organizatorică din sectoarele minier și energetic din Oltenia este cea aprobată prin H.G. nr. 1024/2011, care prevede înființarea Societății Comerciale Complexul Energetic Oltenia – S.A. (C.E.O.). Bazinul minier Rovinari împreună cu bazinele Motru, Jilț și Husnicioara intră în subordinea Complexului Energetic Oltenia, în timp ce bazinul Berbești a fost externalizat în cadrul Centralei Electrice de Termoficare (C.E.T.) Govora. Activitatea minieră este organizată în unități miniere de carieră (U.M.C.). La momentul actual, în cadrul Complexului Energetic Oltenia, mai funcționează 10 cariere, dintre care 5 aparțin de Bazinul minier Rovinari, cel mai mare bazin minier din Oltenia. (***, H.G. nr. 1024, 2011)

Geomorfologia și geologia regiunii

Din punct de vedere geomorfologic, regiunea se află în zona Dealurilor Subcarpatice și Podișului Getic și se extinde până în vecinătatea câmpiei înalte de piemont. Dealurile Subcarpatice și Podișul Getic cuprind cea mai mare parte a intervalului hipsometric de 200-800 m.

Cercetările de explorare întreprinse au evidențiat o succesiune completă de formațiuni sedimentare, începând din Paleogen și terminând cu Pliocenul superior, peste care sunt dispuse depozitele cuaternare. (Petrescu et al., 1986)

În interfluviile Jiu – Gilort și Jiu – Motru sunt sedimentate formațiuni pliocene, cu dezvoltare diferită în cadrul fiecărui etaj (tabelul 1.1). (Huidu, 2000; Petrescu et al., 1986)

Din punct de vedere geologic, zăcămintele din Oltenia aparțin formațiunilor Pliocene (Dacian și Romanian) și sunt constituite din 21 de strate de lignit de grosimi diferite și extinderi variabile, separate între ele de roci sterile, moi, coezive și necoezive, predominând rocile argiloase și nisipoase. (Almășan, 1984; Fodor, 1996)

Grosimile stratelor de lignit variază de la câțiva centimetri la mai mulți metri, prezentându-se sub formă compactă ori sub forma mai multor bancuri de cărbune, ce alcătuiesc complexul unui strat. (Fodor and Predoiu, 2015)

În cadrul depozitelor Dacian și Romanian, au fost separate trei unități stratigrafice, ce facilitează descrierea geologiei regiunii:

Formațiunea de Berbești, complexul de Valea Vișenilor, corespunde Dacianului inferior sedimetat peste depozitele Ponțiene și cuprinde stratele de lignit A – D și I – IV;

Formațiunea de Jiu – Motru, complexul de Motru (sau complexul productiv), corespunde Dacianului superior și Romanianul inferior și cuprinde stratele de lignit V – XIII;

Formațiunea de Cândești, complexul de Bălcești, cuprinde orizontul acvifer freatic și prezintă trei niveluri litologice distincte:

nivelul inferior, alcătuit din nisipuri și pietrișuri cu stratificații încrucișate;

nivelul mediu, alcătuit din roci argilo–nisipoase în care sunt intercalate stratele de lignit XIV – XVIII;

nivelul superior, în care predomină pietrișurile.

Tab. 1.1 Descrierea formațiunilor sedimentare din interfluviile Jiu – Gilort și Jiu – Motru

Zăcământul de lignit din Oltenia se află într-o regiune în care se dezvoltă exclusiv formațiunile geologice tinere constituite din marne și argile (50-70%), nisipuri (5-20%) și sol vegetal (5-20%), formațiuni în care sunt cantonate stratele de lignit. (Lazăr, 1998)

Având în vedere constituția litologică a regiunii, care evidențiază marne, argile și nisipuri, versanții sunt frecvent afectați de fenomene geotehnice negative, în general alunecări de teren.

Hidrogeologia regiunii

Exploatarea zăcămintelor de lignit din regiune a impus cunoașterea condițiilor de zăcământ, în special din punct de vedere hidrogeologic. În acest sens, s-au efectuat ample lucrări de cercetare hidrogeologică. Condițiile fizice și geografice ale bazinului Rovinari sunt favorabile acumulării unor rezerve însemnate de ape subterane și reînnoirii permanente ale acestora. (Vladimirescu, 1978)

Din punct de vedere hidrogeologic, apele subterane din bazinele Olteniei se împart în:

ape subterane cu nivel liber;

ape subterane sub presiune, cu nivel ascensional sau nivel artezian. (Pascu, 1983)

La nivelul Bazinului minier Rovinari, orizontul acvifer freatic este cantonat în depozitele aluvionare cuaternare ce formează lunca și terasele inferioare ale văii Jiului. Are cea mai mare dezvoltare în câmpurile miniere Peșteana Nord, Roșia de Jiu, Gârla și în vechile perimetre Cicani, Beterega și Peșteana Sud. Orizonturile acvifere sub presiune sunt cantonate în intercalațiile și bancurile de nisipuri situate în culcușul și acoperișul stratelor de cărbune. Forajele de explorare hidrogeologică au pus în evidență mai multe orizonturi acvifere de adâncime, al căror potențial de debitare variază în limite foarte largi ca urmare a constituției granulometrice a nisipurilor. Nivelul piezometric al orizonturilor acvifere se situează în funcție de poziția pe verticală a acestora, la cote diferite, imprimându-le caracterul de strate acvifere de adâncime cu nivel liber. În general stratele acvifere situate sub baza locală de eroziune sunt ascensionale și determină în zona bazinelor miniere nivelul hidrostatic de bază. Orizonturile acvifere din complexul cărbunos nu au o răspândire continuă, forajele de cercetare punând în evidență caracterul lor lentiliform. (Huidu, 2000; Pascu, 1983)

Din punct de vedere hidrogeologic, condițiile de alimentare ale acviferelor din Bazinul minier Rovinari, au condus la realizarea unor zone de contact ale orizonturilor acvifere de la diferite adâncimi. Acestea sunt prezentate în tabelul 1.2 și includ detalii cu privire la localizarea stratului acvifer, grosimea, debitul și coeficientul de filtrare.

Tab. 1.2 Parametri hidrogeologici ai orizonturilor acvifere din Bazinul minier Rovinari (Smeu, 2012)

Alimentarea orizonturilor acvifere se realizează cu aflux de apă din precipitațiile atmosferice, din apele superficiale (Jiul și afluenții săi) și din orizonturile acvifere vecine acolo unde există legatură hidraulică directă între acestea. Domeniul de alimentare al apelor freatice din luncă depășește limitele bazinului carbonifer Rovinari, ocupând o mare parte din depresiunea intracolinară Târgu Jiu. Abundența de apă a depozitelor aluvionare este diferită în cuprinsul bazinului, ea depinzând de coeficientul de filtrare al rocilor acvifere, de grosimea stratului acvifer și de distanța până la zonele de alimentare. Suprafața mare de infiltrație și caracterul permanent al surselor de alimentare au contribuit la acumularea în formațiunile Daciene a unor rezerve considerabile, practic inepuizabile, de ape subterane.

Studierea litologiei și structurii formațiunilor Pliocene (Dacian inferior), precum și considerente geomorfologice și hidrogeologice regionale, au condus la concluzia că în Oltenia de Nord există un bazin artezian puternic, care se dezvoltă mult spre sud sub Podișul Getic și Câmpia Olteniei. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

Descărcarea acviferelor se realizează prin drenaj natural, în aria sudică a Olteniei, prin drenaj artificial, în sistemele de drenaj ale exploatărilor și în fronturile de captare pentru alimentare cu apă sau prin drenarea ascendentă, prin formațiunile semipermeabile. Direcția dominantă de curgere a apelor este de la nord-vest spre sud-est și coincide cu sensul de înclinare a formațiunilor litologice. În cea mai mare parte, sunt acvifere captive și doar local, spre ariile de drenaj se prezintă cu nivel liber. (Huidu, 2012)

Formațiunile acvifere din acoperișul și culcușul stratelor de lignit creează dificultăți în exploatarea acestora, prin pericolul de inundare a fronturilor de lucru și a lucrărilor miniere, al împotmolirii utilajelor din fluxurile tehnologice sau prin alunecarea și surparea treptelor și a taluzurilor de lucru și definitive din cariere. Pentru prevenirea acestor situații este necesară asecarea formațiunilor acvifere, respectiv drenarea și evacuarea apelor din roci, în vederea exploatării lignitului în condiții normale de lucru și de securitate a oamenilor și utilajelor folosite în fluxurile tehnologice. (Fodor, 2006)

Din necesitatea de a evalua condițiile hidrogeologice ale unui zăcământ, luând în considerare factorii majori de influență, s-a stabilit următorul sistem de clasificare hidrogeologică complexă a zăcămintelor de cărbuni (tabelul 1.3):

Tab. 1.3 Clasificarea hidrogeologică complexă a zăcămintelor (Rotunjanu and Lazăr, 2014)

Conform acestei clasificări, zăcămintele de lignit pot fi împărțite din punct de vedere hidrogeologic în patru clase, de la condiții hidrogeologice simple, care nu necesită lucrări de asecare, ci numai lucrări de gospodărire a apelor, la condiții hidrogeologice medii, grele și foarte grele, pentru care se aplică diferite lucrări de asecare și de gospodărire a apelor. (Rotunjanu and Lazăr, 2014)

În tabelul 1.4 sunt redați parametri hidrogeologici ai perimetrelor de exploatare Roșia de Jiu, Rovinari Est, Pinoasa și Peșteana Nord din bazinul Rovinari.

Tab. 1.4 Parametri hidrogeologici ai perimetrelor de exploatare a lignitului din Rovinari (Rotunjanu and Lazăr, 2014)

Pentru caracterizarea hidrogeologică a acestor perimetre miniere și pentru încadrarea lor în clasificarea propusă, au fost analizați parametri hidrogeologici care definesc formațiunile acvifere, prezentați anterior. S-au luat în considerare valorile cele mai defavorabile, iar rezultatele analizei sunt prezentate în tabelul 1.5.

Tab. 1.5 Caracterizarea și încadrarea hidrogeologică a perimetrelor miniere

*Clasa I – condiții hidrogeologice simple; II – condiții hidrogeologice medii; III – condiții hidrogeologice grele; IV – condiții hidrogeologice foarte grele

Analizând încadrarea hidrogeologică a celor 4 perimetre miniere din bazinul Rovinari, se observă variația gradelor de dificultate atât la nivel de bazin, cât și la nivelul unui singur perimetru minier. Această variație este dată de diversitatea parametrilor analizați și de valorile acestora ce sunt cuprinse în limite relativ largi.

Privind în ansamblu, activitățile miniere din perimetrele carierelor Rovinari Est, Pinoasa, Roșia de Jiu și Peșteana, întâmpină, în general, condiții hidrogeologice grele și foarte grele. Dezvoltarea zăcămintelor în zona de luncă a râului Jiu, respectiv într-o regiune cu orizonturi acvifere de dimensiuni impresionante și alimentare intensă, are o influență negativă majoră asupra activităților de exploatare, ce se traduce, în primul rând, prin costurile mari necesare efectuării lucrărilor de asecare a formațiunilor acvifere pentru valorificarea cât mai completă a rezervei de lignit în condiții de siguranță.

Metode de exploatare a lignitului

Dintre metodele de exploatare posibile a fi aplicate unui zăcământ trebuie aleasă metoda cea mai rațională, care asigură producția și productivitatea muncii ridicate, pierderi minime de substanțe minerale utile și condițiile cele mai bune de tehnica securității muncii.

Metodele de exploatare se clasifică, după modul de transport al sterilului în halde, în următoarele patru clase de metode:

Metode de exploatare cu depunere directă a sterilului în halde;

Metode de exploatare cu transbordarea rocilor sterile în halde;

Metode de exploatare cu transportul rocilor sterile în halde;

Metode de exploatare combinate. (Fodor, 1980)

În carierele de lignit din Oltenia s-au aplicat, de-a lungul timpului, metode de exploatare combinate. Din această categorie fac parte următoarele metode:

metoda de exploatare cu transportul parțial al sterilului la halda interioară și depozitarea parțială în halda interioară;

metoda de exploatare cu transportul parțial al sterilului la halde exterioare și depozitarea parțială în halde interioare;

metoda de exploatare cu transportul unei părți din steril la halde exterioare, a unei a doua părți la halde interioare și depozitarea directă în halda interioară a celei de-a treia părți;

metoda de exploatare cu transportul unei părți din steril la halde exterioare, a unei a doua părți la halde interioare și transbordarea parțială în halde interioare a celei de-a treia părți din descopertă. (Fodor, 1980)

În perimetrele miniere din Bazinul minier Rovinari, se aplică metoda de exploatare cu transportul sterilului în halda interioară și primele 2 metode de exploatare combinate, amintite anterior. Acestea sunt redate în figurile 1.1 – 1.5.

Fig. 1.1 Metoda de exploatare cu transportul parțial al sterilului la halda interioară și depozitarea parțială în halda interioară (vedere în secțiune) (Fodor, 1980)

Fig. 1.2 Metoda de exploatare cu transportul parțial al sterilului la halda interioară și depozitarea parțială în halda interioară (vedere în plan) (Fodor, 1980)

Fig. 1.3 Metoda de exploatare cu transportul parțial al sterilului la halde exterioare și depozitarea parțială în halde interioare (vedere în secțiune) (Fodor, 1980)

Fig. 1.4 Metoda de exploatare cu transportul parțial al sterilului la halde exterioare și depozitarea parțială în halde interioare (vedere în plan) (Fodor, 1980)

Fig. 1.5 Metoda de exploatare cu transportul sterilului în halda interioară (Fodor, 1980)

În majoritatea carierelor din Rovinari, se aplică metoda de exploatare combinată cu transportul sterilului în halda interioară și transbordarea parțială a acestuia în halda interioară (Roșia de Jiu, Tismana I și Peșteana Nord; figurile 1.1 – 1.2). Metodele de exploatare cu transportul sterilului la halde exterioare se utilizează în carierele de lignit unde nu s-a atins cota finală a vetrei carierei și, deci, nu sunt create încă premizele formării haldei interioare. Metoda de exploatare combinată cu transbordarea parțială a sterilului la halda interioară și transportul parțial la haldă exterioară se aplică în carierele Tismana II și Pinoasa (figurile 1.3 – 1.4). Metoda de exploatare cu transportul sterilului la halde interioare se aplică în cariera Rovinari (figura 1.5).

Descrierea carierelor din Bazinul minier Rovinari

Bazinul minier Rovinari este situat în județul Gorj (România), în zona orașului Rovinari. Perimetrele miniere componente (figura 1.6) se desfășoară de-o parte și de alta a râului Jiu, în zona de luncă a râului, dar și în zonele colinare ale regiunii.

Fig. 1.6 Planul de situație al Bazinului minier Rovinari (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019)

În Bazinul minier Rovinari au fost puse în exploatare, de-a lungul timpului, 12 cariere. În prezent, doar 7 cariere mai sunt operaționale: Gârla, Rovinari Est, Tismana I, Tismana II, Pinoasa, Roșia de Jiu și Peșteana Nord. Acestea, în urma unirii carierelor Gârla cu Rovinari Est și a carierelor Tismana I cu Tismana II, au fost grupate în 5 unități miniere de carieră (U.M.C.): U.M.C. Rovinari, U.M.C. Tismana, U.M.C. Pinoasa, U.M.C. Roșia și U.M.C. Peșteana Nord. Celelalte 5 cariere și-au încetat activitatea pe parcurs, fie ca urmare a epuizării rezervelor, fie ca urmare a faptului că exploatarea nu mai era eficientă din punct de vedere tehnic și economic, după cum urmează: Cicani în 1974, Balta Unchiașului în 1966, Beterega în 1980, Urdari în 2003 și Peșteana Sud în 2015.

Activitățile principale desfășurate în cariera Rovinari sunt excavarea lignitului cu transportul acestuia în depozitele de cărbune și excavarea sterilului cu transportul acestuia în halde.

1.4.1 Cariera Rovinari (Rovinari Est – Gârla)

Perimetrele miniere Gârla și Rovinari Est au fost aprobate prin Hotărârea Consiliului de Miniștri nr. 145/25.09.1982, în urma întocmirii proiectelor de execuție “Menținerea capacității de producție și extinderea perimetrului la cariera Gârla în perioada 1981-1985”, simbol 800_151, respectiv “Menținerea și dezvoltarea capacității de producție și extinderea perimetrului la cariera Rovinari-Est”, simbol 809_110. Recent, cele 2 perimetre miniere au fost unite în U.M.C. Rovinari. U.M.C. Rovinari (figura 1.7) realizează exploatarea lignitului din perimetrele Rovinari Est și Gârla prin lucrări miniere la zi în baza licențelor de exploatare, eliberate de către ANRM București, nr. 2599/2001 și 2601/2001, pentru o perioadă de activitate de 20 de ani, aprobate cu H.G. 421/23.03.2004.

În anul 2016, Ministerul Energiei a întocmit un raport pentru zona purtătoare de lignit din Oltenia, în care anticipa și durata de viață a carierelor. Se estimează că, începând cu anul 2019, cariera Rovinari își încetează activitatea ca urmare a epuizării zăcământului. Din toamna anului 2017, cariera Rovinari, a rămas cu 2 utilaje din 4, personalul și cheltuielile au fost reduse, urmând ca în anul 2019 să își epuizeze rezervele și să intre în proces închidere. (***, Ministerul Energiei, 2016)

Cele 2 cariere, Gârla și Rovinari Est, sunt despărțite de o fâșie de teren cu lățimea de câțiva metri (figura 1.8).

Fig. 1.7 Perimetrul minier al carierei Rovinari (***, Autorizație de mediu nr. 100, Cariera Rovinari, 2014; ***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019)

Fig. 1.8 Carierele Gârla și Rovinari Est despărțite de o fâșie de teren

Perimetrul minier Rovinari este situat în partea de nord-est a Bazinului minier Rovinari, în zona colinară din estul râului Jiu, iar din punct de vedere administrativ se află pe teritoriul localităților Rovinari, Drăguțești și Bâlteni, județul Gorj, la 15 km sud de orașul Târgu Jiu.

Perimetrul minier Rovinari este delimitat după cum urmează:

la nord de C.F.R. Târgu Jiu – Rogojelu și de localitatea Cârbești;

la sud de culoarul energetic al liniilor electrice care racordează termocentrale Rovinari la sistemul energetic național;

la est de zona colinară cu condiții dificile de zăcământ, cu rapoarte de descopertă ce depășesc 15 m3/tonă;

la vest de cursul regularizat al râului Jiu și de perimetrele fostelor cariere Balta Unchiașului, Cicani și Beterega.

Accesul în zonă este asigurat de o rețea de drumuri industriale, care se racordează la drumul național DN 66. Accesul se face pe calea ferată normală Filiași – Turceni – Rovinari – Tg. Jiu, prin stațiile Rovinari și Rogojelu.

În prezent, activitatea de extragere se desfășoară în zona colinară, caracterizată prin alternanțe de dealuri și văi orientate în general de la vest către est. După extragere, lignitul este transportat și depozitat în depozitul de cărbune zona nord Rogojelu. Materialul steril este transportat și depozitat în halda interioară.

Excavarea se realizează cu utilaje de mare capacitate cu flux continuu. Metoda de exploatare folosită este cea specifică exploatărilor la zi, respectiv excavarea în trepte și transportul sterilului în halda interioară și al cărbunelui în depozit. Cariera Rovinari este dotată cu 4 excavatoare, 5 mașini de haldat și benzi transportoare cu o lungime totală de peste 12 km. Lucrările de exploatare constau în extragerea cărbunelui din stratele V÷VIII de lignit.

Suprafața de desfășurare a activităților, aprobată prin licența de exploatare pentru perimetrul Gârla, este de 769 ha, iar pentru perimetrul Rovinari Est este de 675,3 ha. Suprafața ocupată cu excavații și de halda interioară este de 398 ha pentru cariera Gârla și 528,4 ha pentru cariera Rovinari Est. Suprafața ocupată de fluxul tehnologic pentru cele 2 cariere este de 926,4 ha. Haldele aferente perimetrelor de exploatare Rovinari Est și Gârla vor ocupa la sfârșitul activității o suprafață de cca. 1010 ha (447 ha, respectiv 563 ha) și vor înmagazina o cantitate totală de material steril de 563,942 milioane m3 (331,855 milioane m3, respectiv 232,087 milioane m3). (***, Autorizație de mediu nr. 100, Cariera Rovinari, 2014)

1.4.2 Cariera Tismana (Tismana I – Tismana II)

Deschiderea carierelor a fost aprobată prin proiectele de execuție „Menținerea și Dezvoltarea capacității de producție la 5000 mii t/an lignit la cariera Tismana I în perioada 1982-1987”, simbol 812-81 și „Menținerea capacității de producție de 2400 mii tone/an lignit la cariera Tismana II”. Activitatea de exploatare se realizează în baza licențelor de exploatare, eliberate de către ANRM București cu nr. 2717, respectiv 2718 din 2001, cu valabilitate până în anul 2025, aprobate prin HG 328/2004. (***, I.C.S..I.T.P.M.L., Tismana I, 2012), (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Tismana II, 2012) În prezent, cele două cariere sunt unite sub denumirea U.M.C. Tismana.

Perimetrul minier al carierei Tismana este situat în nord – vestul bazinului minier Rovinari, iar din punct de vedere administrativ se află pe teritoriul localității Câlnic, pe malul drept al râului Jiu. Relieful terenului este colinar, cu diferențe de până la 120 m între cotele maxime și cele minime ale terenului.

În funcție de condițiile tehnice și economice de exploatare prin carieră, perimetrul minier Tismana este delimitat astfel:

la nord de perimetrul minier Șomănești;

la sud de perimetrul minier Pinoasa;

la vest de perimetrul Hodoreasca;

la est de râul Jiu.

Accesul în zona carierei Tismana I se poate face astfel: pe drumul național DN 66 Filiași – Rovinari – Tg. Jiu, pe drumul de legătura la drumul național DN 67 Drobeta Turnu Severin – Motru – Tg. Jiu sau pe calea ferată normală Filiași – Rovinari – Tg. Jiu.

Lucrările de pregătire și exploatare din cadrul perimetrelor de exploatare Tismana I și II se realizează în prezent prin cariera Tismana (figura 1.9).

Fig. 1.9 Perimetrul minier al carierei Tismana (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019)

Metoda de deschidere aplicată este metoda de deschidere cu tranșee interioară grupată comună. Activitatea de exploatare în cadrul perimetrului de exploatare Tismana se realizează pe direcția de avansare de la nord la sud, în sistemul de pregătire evantai/paralel. Metoda de exploatare aplicată este metoda de exploatare combinată cu transportul sterilului la halda interioară și transbordare parțială directă la halda interioară.

Tehnologia de exploatare aplicată este tehnologia de excavare, transport și haldare în flux continuu, prin utilizarea complexelor de excavare, transport și haldare/depozitare de mare capacitate.

Excavarea se realizeaza cu 8 excavatoare cu rotor. Treptele de excavare sunt realizate între cotele 145 – 320 m, fronturile de lucru fiind orientate pe direcția est – vest.

Stratele exploatabile din zona Tismana sunt stratele V – IX, însă pentru exploatarea acestora este necesară finalizarea exproprierilor și extinderea perimetrului. Lucrările actuale de exploatare constau în extragerea cărbunelui din stratele V÷VIII de lignit.

Exploatarea se face în blocuri paralele, cu lățimea de 40÷45 m. Transportul sterilului și cărbunelui rezultat în urma excavațiilor, se realizează pe benzi transportoare. Masa minieră excavată este transportată pe circuitul benzilor de pe fronturile de lucru la circuitul benzilor de pe planul înclinat colector. La ieșirea din carieră, distribuția sterilului și a cărbunelui se face prin intermediul benzilor de distribuție amplasate în nod.

Haldarea sterilului provenit din treptele de excavare se realizează în halda interioară cu 2 mașini de haldat. Lignitul extras este transportat la depozitul de cărbune Tismana (60.000 t), iar distribuția spre consumatori se face fie direct pe benzi transportoare spre termocentrala Rovinari, fie pe cale ferată prin punctul de încărcare în vagoane. (***, I.C.S..I.T.P.M.L., Tismana I, 2012), (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Tismana II, 2012)

1.4.3 Cariera Pinoasa

Deschiderea și punerea în exploatare a carierei Pinoasa a fost aprobată la nivel de amplasament și indicatori tehnico – economici prin proiectul de execuție „Deschiderea și punerea în exploatare a carierei Timișeni – Pinoasa la o capacitate de producție de 8000000 t/an”, simbol 820-01c/1988 și a început în anul 1983. Activitatea de exploatare se realizează în baza licenței de exploatare, eliberată de către ANRM București cu nr. 3499/2002 și aprobată prin HG 1221/2008, cu valabilitate până în anul 2027. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Pinoasa, 2012)

Perimetrul carierei Pinoasa este situat în apropierea orașului Rovinari și a termocentralei Rovinari din zona Rogojelu.

Accesul în zonă se realizează pe căile rutiere principale Filiași – Tg. Jiu și pe calea ferată Craiova – Tg. Jiu. La acestea se mai adaugă și șoselele de interes județean și comunal care leagă localitățile de pe raza perimetrului cum ar fi: Caragui, Timișeni, Bîrhot, Boncea, Arderea, Rogojelu, Negomir.

Perimetrul carierei Pinoasa este situat în nordul Olteniei, la sud de orașul Tg. Jiu pe versantul drept al râului Jiu și este delimitat astfel:

la sud de Valea Timișeni;

la est de perimetrul minei Rogojelu și incinta termocentralei Rovinari – Rogojelu;

la nord de cariera Tismana;

la vest de zona perimetrului cu gaze naturale.

Perimetrul carierei Pinoasa se caracterizează printr-un relief colinar. Panta medie a versanților, care au cote în general de 380 m, este de 10 – 120 către bază și 35 – 400 pe alocuri în partea superioară. (Smeu, 2012)

Zona este afectată de numeroase fenomene locale de alunecare, unele active, altele temporar stabile, dar care pot fi reactivate în condițiile avansării carierei și a defrișărilor ce urmează a fi efectuate.

Pentru exploatarea zăcământului din perimetrul carierei Pinoasa (figura 1.10) se aplică metoda de exploatare combinată cu transportul sterilului la halda exterioară, respectiv transbordare parțială directă la halda interioară.

Activitatea de exploatare în cadrul perimetrului de exploatare Pinoasa se realizează în sistemul de pregătire paralel pe direcția de avansare de la est la vest.

Stratele exploatabile din zona Pinoasa sunt stratele V-XII, însă pentru exploatarea acestora este necesară finalizarea exproprierilor și extinderea perimetrului. Lucrările actuale de exploatare constau în extragerea cărbunelui din stratele V÷VIII de lignit.

Exploatarea se face în blocuri paralele, cu lațimea de 40÷45 m. Lucrările de excavare se realizează cu ajutorul a 5 excavatoare cu rotor port cupă.

Fig. 1.10 Perimetrul minier al carierei Pinoasa (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019)

Transportul sterilului și cărbunelui rezultat în urma excavațiilor, se realizează pe benzi transportoare prin intermediul utilajelor de legătură aflate în dotarea liniilor tehnologice. Sterilul este transportat și depozitat în halda interioară și în halda exterioară Valea Negomir cu ajutorul a 4 mașini de haldat. Lignitul este depozitat în depozitul de cărbune Pinoasa până la finalizarea construcției depozitului Arderea. Dupa terminarea lucrărilor în depozitul Arderea, depozitul Pinoasa va fi dezafectat.

Fluxul tehnologic actual asigură activitatea de exploatare (excavare, transport, haldare și depozitare) numai pentru zona sudică de deschidere. Condițiile de zăcământ permit o flexibilitate relativ redusă a fluxului tehnologic din cauza greutăților întâmpinate în realizarea treptelor de excavare ca urmare atât a morfologiei terenului (existența văilor), cât și în realizarea exproprierilor de terenuri. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Pinoasa, 2012)

În condițiile deschiderii câmpului minier aprobat la licența de exploatare este necesară asigurarea dotării tehnologice și pentru zona nordică de deschidere Pinoasa, prin redistribuirea utilajelor de la alte cariere (Rovinari).

În următoarea perioadă va trebui să se acorde o mai mare atenție reprofilării treptelor de excavare, prin realizarea geometriei carierei astfel încât denivelările existente să nu conducă la înălțimi de treaptă care să pericliteze siguranța utilajelor și a personalului. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Pinoasa, 2012)

1.4.4 Cariera Roșia de Jiu

Deschiderea carierei Roșia de Jiu a început în anul 1973, pe baza studiului tehnico – economic, aprobat prin H.C.M. nr. 1893/1969, fiind elaborat un prim proiect de execuție care, mai târziu, a fost reaprobat prin proiectul de execuție „Deschiderea și punerea în exploatare a carierei Roșia de Jiu, jud. Gorj, la o capacitate de producție la 8,0 milioane t/an lignit, inclusiv lucrările de creștere a producției de lignit până în anul 1990 ”, simbol 805-300. Indicatorii au fost aprobați prin Decretul 268/1985 și prin H.C.M. nr. 178/1985. Activitatea de exploatare se realizează în baza licenței de exploatare, eliberată de către ANRM București cu nr. 3496/2002 și aprobată cu HG 1293/2007, cu valabilitate până în anul 2026. (***, Acord de mediu nr. 935, 2015)

Perimetrul carierei Roșia de Jiu, ca parte componentă a bazinului minier Rovinari, se încadrează din punct de vedere administrativ pe teritoriul orașului Rovinari și pe teritoriile administrative ale comunelor Fărcășești și Bâlteni.

Din punct de vedere morfologic, perimetrul de exploatare al carierei Roșia de Jiu, situat între râurile Jiu și Jilț, se dezvoltă pe cca. 1/3 din suprafață în lunca Jiului, iar restul în zona colinară cu altitudini maxime de aproximativ 300 m.

În funcție de condițiile tehnice și economice de exploatare prin carieră, perimetrul minier Roșia este delimitat astfel:

la nord de localitatea Rovinari și râul Jiu;

la sud de satul Fărcășești Moșneni;

la vest de perimetrul Pinoasa;

la est de râul Jiu.

În regiune accesul se face fie pe calea ferată principală Craiova – Turceni – Tg. Jiu, fie pe căile rutiere de acces reprezentate prin doua șosele paralele: la est de Jiu drumul național DN 66 Craiova – Filiași – Tg. Jiu, iar la vest de Jiu drumul județean DJ 674 Turceni – Roșia de Jiu – Rovinari.

Până în prezent, din cariera Roșia de Jiu (figura 1.11) s-au extras peste 100 milioane tone lignit, ceea ce reprezintă 13% din totalul producției de cărbune extras din exploatările la zi din Oltenia. În anii 2006÷2008 producția a depășit 4 milioane tone/an. Actualmente, producția programată este de 3,2 – 3,4 milioane tone/an. Stratele exploatabile sunt V (inferior, superior) ÷ XII. Lucrările actuale de exploatare constau în extragerea cărbunelui din toate aceste strate de lignit. Grosimea medie însumată la aceste strate depășește 20 m.

Lucările de exploatare se realizează cu ajutorul excavatoarelor cu rotor. În cariera Roșia de Jiu funcționează un număr de 9 excavatoare cu rotor cu acțiune continuă, dintre acestea 6 fiind modernizate. Transportul sterilului și cărbunelui rezultat în urma excavațiilor, se realizează pe benzi transportoare. Transportoarele de mare capacitate din cariera Roșia de Jiu însumează o lungime de 34 km. Pentru activitatea de haldare se folosesc 5 mașini de depunere, iar pentru activitatea de depozitare a lignitului extras, se folosesc 3 mașini de depozit.

Fig. 1.11 Perimetrul minier al carierei Roșia de Jiu (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019)

Sterilul este transportat la halda interioară, iar cărbunele în depozitul de cărbune de la Rovinari, situat chiar în spatele orașului Rovinari. Depozitul de cărbune de la Rovinari are o capacitate de depozitare relativ mică, respectiv 65 mii tone, fapt pentru care s-a demarat construcția unui alt depozit, având ca locație extravilanul comunei Fărcășești.

Capacitatea de livrare a lignitului este de 12 mii tone/zi vagonabil și 20 mii tone/zi la termocentrala Rovinari pe cele două circuite de benzi.

1.4.5 Cariera Peșteana Nord

Deschiderea carierei Peșteana Nord a început în anul 1980, pe baza studiului tehnico – economic, fiind aprobat prin proiectul de execuție „Deschiderea și punerea în exploatare a resurselor de lignit din perimetrul carierei Peșteana” și „Lucrări pentru menținerea și dezvoltarea capacității la cariera Peșteana”. Activitatea de exploatare se realizează în baza licenței de exploatare, eliberată de către ANRM București cu nr. 1457/2000 și aprobata cu HG 319/2004. În anul 2012 s-au elaborat „Documentațiile necesare pentru licența de exploatare în perimetrul extins pentru cariera Peșteana Nord”, simbol 810-519, care prevăd exploatarea lignitului până în anul 2021. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

Conform unui raport întocmit în anul 2016 de Ministerul Energiei, cariera Peșteana Nord își va înceta activitatea începând cu anul 2023, ca urmare a epuizării rezervei din perimetrul de licență. (***, Ministerul Energiei, 2016)

Din punct de vedere administrativ, perimetrul carierei Peșteana Nord se încadrează în județul Gorj, fiind situat pe raza comunelor Urdari și Bâlteni.

Din punct de vedere morfologic, perimetrul de exploatare al carierei Peșteana Nord este situat în întregime în zona de luncă râului Jiu.

Perimetrul de exploatare Peșteana Nord este delimitat astfel:

la est de canalul râului Jiu, în zona satelor: Bâlteni, Peșteana Jiu, Cocoreni;

la vest de localitățile Valea cu Apă, Peșteana de Jos, Hotăroasa, Urdari;

la nord de o linie convențională ce traversează lunca Jiului și unește localitățile Bâlteni și Valea cu Apă;

la sud de o linie convențională ce traversează lunca Jiului și unește localitățile Cocoreni și Urdari.

În raport cu principalele localități din apropiere, perimetrul carierei Peșteana Nord este situat la 35 km sud de orașul Tg-Jiu și la 13,6 km sud-vest de orașul Rovinari. (Nanu, 2015)

În regiune accesul se poate face pe calea ferată principală Craiova – Turceni – Tg. Jiu sau pe una dintre căile rutiere de acces reprezentate prin două șosele paralele: la est de Jiu drumul național DN 66 Craiova – Filiași – Tg. Jiu, iar la vest de Jiu drumul județean DJ 674 Turceni – Roșia de Jiu – Rovinari.

Altitudinile minime se întâlnesc în partea estică a perimetrului, pe vechea albie a râului Jiu, unde cota terenului are valori cuprinse între 132 – 136 m. Pe rama vestică, altitudinile au valori de 148 – 150 m. Altitudinea maximă este de 333 m în Dealul lui Bran. (Smeu, 2012)

În prezent, activitatea de excavare din cariera Peșteana Nord (figura 1.12) se desfășoară în cadrul a patru trepte de excavare. Capacitatea mximă de producție la cariera Peșteana Nord a fost de 2086 mil. tone și a fost înregistrată în anul 2008. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

Fig. 1.12 Perimetrul minier al carierei Peșteana Nord (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019)

Stratele exploatabile din zona Peșteana Nord sunt stratele V-VIII, însă pentru exploatarea acestora este necesară finalizarea exproprierilor și extinderea perimetrului. Lucrările actuale de exploatare constau în extragerea cărbunelui din stratele V÷VII de lignit.

Exploatarea se face în blocuri paralele, cu lățimea de 40÷45 m. Excavarea se realizează cu 4 excavatoare cu rotor port-cupe. Materialul extras este deversat pe benzile de front. Sensul de funcționare al acestora este de la vest la est, la capătul lor fiind amplasate utilajele de distribuție, poziționate să deverseze fie pe unul din transportoarele din circuitele de transport steril, fie pe transportorul din circuitul de transport lignit, în funcție de roca excavată, respectiv steril sau util.

Haldarea sterilului provenit de la cariera Peșteana Nord se realizează în halda interioară cu 3 mașini de haldat. Lignitul se depozitează în depozitul de cărbune Cocoreni situat pe malul drept al râului Jiu, de unde se asigură livrarea către consumatori. Până la încetarea activității, carierele Urdari și Peșteana Sud au utilizat acest depozit împreună cu Peșteana Nord. Depozitul este dotat cu utilajele necesare pentru depunerea și scoaterea cărbunelui.

Triajul de cale ferată amplasat pe malul stâng al râului Jiu, asigură expedierea lignitului prin stația de încărcare compusă din trei linii de cale ferată.

Pentru începerea lucrărilor miniere de exploatare a fost necesară realizarea unor lucrări de construcții de suprafață, care să asigure buna desfășurare a lucrărilor tehnologice, a intervențiilor și a deservirii carierei. Incinta principală este amplasată la o distanță de cca. 700 m față de latura sud-vestică a perimetrului de exploatare. Accesul la incintă este asigurat pe drumul județean 674 Turceni – Fărcășești și pe drumul Cocoreni – Urdari, care traversează râul Jiu în zona depozitului de cărbune și face legătura între DN 66 Filiași – Tg. Jiu și DJ674. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

În anul 2018, ca urmare a înrăutățirii condițiilor de exploatare în perimetrul de licență (raport de descopertă mare, 9,4 m3/t și condiții hidrogeologice care devin foarte grele prin coborârea cotei culcușului stratului V) se renunță la exploatarea stratului V și ca atare, la depunerea sterilului prin transbordare cu mașina de haldat. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

În tabelul 1.6 sunt prezentate perimetrele miniere aflate în exploatare, suprafața ocupată de acestea și anul încetării activității conform licențelor de exploatare actuale. Suprafețele ocupate de exploatările miniere la zi sunt formate din suprafețele carierelor, suprafețele haldelor exterioare și suprafețele ocupate de incinte și utilități.

Tab. 1.6 Perimetrele miniere active din Bazinul minier Rovinari

Conform licenței de exploatare actuale, 2 dintre cele 5 cariere funcționale și anume Peșteana Nord și Rovinari, își vor înceta activitatea în maxim 4 ani.

Pentru cariera Roșia de Jiu se va solicita extinderea perimetrului de exploatare și prelungirea licenței de exploatare având în vedere rezervele mari de lignit disponibile. De asemenea, pentru una dintre carierele Pinoasa sau Tismana, care au posibilitatea de extindere una către cealaltă, se va solicita extinderea perimetrului de exploatare și prelungirea licenței de exploatare.

1.4.6 Situația actuală a golurilor remanente ale fostelor cariere din Bazinul minier Rovinari

Activitatea minieră din Bazinul Rovinari a început la mijlocul secolului trecut, iar de-a lungul timpului 5 cariere și-au încetat activitatea.

Cauzele încetării activităților de exploatare a lignitului sunt reprezentate de epuizarea rezervelor din zăcământ sau de ineficiența continuării exploatării din punct de vedere tehnic și economic, însă au existat și cauze politice.

Carierele care au fost închise până în prezent sunt Balta Unchiașului, Cicani, Beterega, Urdari și Peșteana Sud. Golurile remanente ale acestora și suprafețele perimetrelor afectate au fost reutilizate în diferite scopuri ori s-au reintegrat în peisajul adiacent în mod natural.

Golurile remanente ale carierelor Beterega și Cicani sunt utilizate ca depozit pentru zgura și cenușa provenite de la termocentrala Rovinari (figura 1.13). De asemenea, o porțiune din halda aferentă carierei Gârla este utilizată la momentul actual în același scop (figura 1.14).

Fig. 1.13 Depozit de zgură și cenușă – fosta carieră Beterega (stânga), Cicani (dreapta)

Fig. 1.14 Depozit de zgură și cenușă – pe porțiunea de haldă aferentă carierei Gârla

Posibilitatea utilizării fostelor cariere pentru depozitarea deșeurilor de zgură și cenușă provenite de la termocentrala Rovinari reprezintă un avantaj, întrucât nu implică ocuparea și implicit degradarea unor noi suprafețe de teren. Un alt avantaj constă în distanța mică față de termocentrala Rovinari.

Partea estică a fostei cariere Beterega este redată în circuitul silvic, iar partea estică a fostei cariere Cicani este redată în circuitul productiv ca livadă de pomi fructiferi (figura 1.15).

Fig. 1.15 Silvicultură (stânga, estul fostei cariere Beterega); Livadă de pomi fructiferi (dreapta, estul fostei cariere Cicani)

Revegetarea terenurilor afectate de minerit au un mare avantaj și anume, asigură sporirea rezervei de stabilitate a terenurilor datorită dezvoltării rădăcinilor care ancorează solul și rocile și a reducerii infiltrațiilor și a scurgerilor superficiale de apă.

Suprafața perimetrului minier al fostei cariere Balta Unchiașului s-a reintegrat în peisaj în mod natural.

Cariera Peșteana Sud și-a încetat activitatea la sfârșitul anului 2015. Echipamentele și utilajele de lucru din carieră au fost mutate pe berma treptei II, fiind utilizate ca piese de schimb pentru utilajele din celelalte unități miniere de carieră (figura 1.16). (Nyari, 2017)

Fig. 1.16 Utilajele din cariera Peșteana Sud amplasate pe treapta a II-a

Lucrările de asecare au fost oprite, moment în care afluxul de apă provenit din formațiunile acvifere, la care se adaugă precipitații, a început să inunde golul remanent. În aceleași condiții a avut loc și inundarea golului remanent al carierei Urdari.

Golul remanent al carierei Peșteana Sud este inundat în proporție de 70 – 80%, în timp ce golul remanent al carierei Urdari este complet inundat, vegetația fiind deja restabilită, în mod natural (figurile 1.17 – 1.18). Singurele aspecte care trădează existența unei foste cariere sunt formele regulate ale taluzurilor definitive.

Procesul de umplere cu apă a avut loc exclusiv natural și nu s-au desfășurat activități de monitorizare în timpul inundării. Nu s-au înregistrat fenomene geotehnice negative vizibile, iar în prezent se monitorizează doar nivelul apei din lac.

Fig. 1.17 Lac format în golul remanent al carierei Peșteana Sud

Fig. 1.18 Lac format în golul remanent al carierei Urdari

Cele 2 lacuri de carieră, Urdari și Peșteana Sud, au valoare naturalistică. În timp, odată cu instalarea spontană a vegetației în jurul lacului Peșteana Sud și a diferitelor specii faunistice, se va forma un nou ecosistem. Pentru susținerea și accelerarea procesul de refacere a ecosistemului pot avea loc intervenții antropice.

Caracteristicile geometrice ale taluzurilor carierelor și haldelor interioare

Dimensionarea treptelor de lucru, atât în cazul carierelor, cât și a haldelor, reprezintă o etapă esențială în vederea asigurării condițiilor de stabilitate necesare pentru reducerea sau eliminarea riscurilor geotehnice.

Caracteristicile geometrice esențiale, necesare în proiectarea treptelor carierelor și haldelor, sunt: înălțimea și unghiul de taluz al treptelor de lucru, înălțimea și unghiul general de taluz al carierelor și haldelor și lățimea bermelor (figura 1.19).

Înălțimea treptei individuale este dată de distanța în plan vertical dintre bermele/platformele care delimitează treapta la partea superioară, respectiv la partea inferioară. Înălțimea sistemului de trepte este dată de înălțimea totală a treptelor individuale.

Unghiul de taluz reprezintă unghiul diedru format între planul orizontal de la baza taluzului și planul înclinat care formează taluzul. Unghiul general de taluz este dat de unghiul diedru format între planul orizontal de la baza sistemului de trepte și planul înclinat imaginar format între piciorul taluzului ultimei trepte și platforma primei trepte de lucru.

Fig. 1.19 Elementele geometrice ale treptelor individuale și sistemelor de trepte

Golurile remanente sunt, de cele mai multe ori, mărginite pe o parte de taluzurile definitive ale carierei, iar pe cealaltă parte de taluzurile haldei interioare. Spre deosebire de rocile ce alcătuiesc taluzurile definitive ale carierei, rocile sterile din halde sunt roci afânate, a căror rezistență a fost afectată prin procesele de excavare, transport și haldare și prezintă un risc mai ridicat de alunecare în condițiile influenței diferiților factori externi.

În tabelele 1.7 – 1.8 sunt prezentate valorile caracteristicilor geometrice ale taluzurilor definitive ale carierelor, respectiv ale taluzurilor haldelor interioare, din perimetrele miniere active din Bazinul minier Rovinari.

Tab. 1.7 Caracteristicile geometrice ale taluzurilor definitive ale carierei (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019)

Tab. 1.8 Caracteristicile geometrice ale haldelor interioare (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019)

Uneori se pot înregistra variații și depășiri majore în ceea ce privește valoarea unghiului general de taluz. Spre exemplu, la carierele Tismana I și II s-au înregistrat valori locale ale unghiului general de taluz mai mari decât valorile proiectate. Acest lucru se explică prin avansarea treptelor superioare în zone colinare sau în zone mai înalte. În cazul haldei interioare a carierei Roșia de Jiu s-au înregistrat ușoare depășiri locale ale unghiului general de taluz.

Este esențială cunoașterea valorilor maxim admisibile ale caracteristicilor geometrice ale treptelor individuale, carierelor, respectiv haldelor de steril. Respectarea acestor valori permite desfășurarea activităților de exploatare, transport, depunere și depozitare, în condiții de maximă siguranță. Cunoașterea caracteristicilor geometrice este importantă și în vederea determinării rezervei de stabilitate a taluzurilor individuale, respectiv a sistemului de trepte.

CAPITOLUL 2

METODOLOGIE DE EVALUARE A OPORTUNITĂȚII DE INUNDARE A GOLURILOR REMANENTE ALE CARIERELOR DE LIGNIT

Procesul de planificare, recuperare și reutilizare a terenurilor degradate de exploatarea la zi, prin care se asigură dezvoltarea durabilă a fostei regiuni miniere, trebuie să țină cont de aspectele privind caracteristicile mediului înconjurător și nu în ultimul rând, de exigențele socio-culturale ale populației. Reabilitarea corectă a fostelor cariere și, în general, a fostelor zone miniere, trebuie să tindă către un obiectiv clar: zonă naturalistică, zonă recreativă, zonă industrială etc. Reutilizarea multiplă este o practică relativ nouă care presupune îmbinarea diferitelor forme de utilizare, care se completează reciproc. (Lazar, 2017)

Atunci când în zonă există goluri remanente care pot fi inundate, apar mai multe posibilități de combinare a utilizărilor. Golurile remanente ale fostelor cariere pot fi inundate, dând naștere așa-numitelor lacuri de carieră, care pot prelua diferite funcțiuni, cele mai întâlnite fiind cele prezentate în figura 2.1.

Fig. 2.1 Tipuri de reutilizare a lacurilor de carieră

Lacurile de carieră sunt corpuri de apă simple, formate prin inundarea golurilor rămase în urma activității de exploatare în carieră. Aceste lacuri fiind relativ tinere, sunt caracterizate de o stare de dezechilibru ca urmare a faptului că rocile componente ale taluzurilor definitive intră pentru prima dată în contact cu apa la un nivel mai ridicat. Starea de dezechilibru poate să apară îndeosebi la rocile haldate, care sunt afânate și degradate din punct de vedere fizic și mecanic. Pentru a evita apariția fenomenelor de alunecare este important să se efectueze o serie de studii, analize și cercetări privind posibilitatea de creare a unui lac în golul remanent al unei foste cariere. (Apostu et al., 2017)

Golurile remanente ale fostelor cariere pot fi reutilizate în numeroase direcții. Există mai multe criterii pe baza cărora se poate alege cea mai adecvată variantă de reutilizare a golurilor remanente. Protecția mediului, securitatea și siguranța populației, sănătatea și bunăstarea indivizilor reprezintă aspecte esențiale în demersul întreprins în scopul atingerii obiectivelor dezvoltării durabile a unei foste zone miniere.

Nu orice gol remanent se pretează inundării, deoarece pentru unele dintre acestea există posibilități mult mai eficiente de reutilizare. De aceea, este necesară o evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor, prin aplicarea unei metodologii adecvate de evaluare, luând în considerare o serie de criterii.

2.1 Criterii de evaluare

Ținând seama de caracteristici și aspecte care permit departajarea și chiar eliminarea golurilor remanente care nu se pretează la inundare au fost stabilite următoarele criterii de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente:

Morfologia, geomorfologia și orografia amplasamentului;

Configurația golului remanent;

Necesitatea refacerii resurselor acvifere;

Necesitatea apariției în zonă a unei oglinzi de apă;

Hidrologia și hidrogeologia regiunii;

Condiții de stabilitate a taluzurilor definitive ale golului remanent;

Accesibilitatea și distanța față de zonele locuite;

Investiții/costuri;

Exigențele populației.

Metodologia permite și ierarhizarea golurilor remanente pentru care există posibilitatea de inundare, astfel încât oferă indicații clare în ceea ce privește oportunitatea unei astfel de soluții. De asemenea, s-a urmărit asigurarea condițiilor de maximă siguranță în fostul perimetru minier, satisfacerea cerințelor socio-economice și culturale ale comunităților locale și armonizarea terenului în concordanță cu ecosistemele adiacente.

Starea golurilor remanente ale carierelor, actuală sau în momentul încetării activității, reprezintă un criteriu eliminatoriu important. Există posibilitatea ca unele dintre golurile remanente să fie deja revegetate sau inundate în mod natural, fără niciun fel de intervenții antropice. În aceste situații, lucrările și investițiile pentru recuperarea, reabilitarea și revegetarea terenului, nu mai sunt justificate.

În condițiile golurilor revegetate în mod spontan și reintegrate în peisaj într-o oarecare măsură, inundarea acestora nu mai reprezintă o soluție viabilă. În aceste condiții, se recomandă executarea lucrărilor de întreținere și susținere a procesului de revegetare pentru reintegrarea cât mai rapidă și armonioasă a terenului degradat în peisaj.

2.1.1 Morfologia, geomorfologia și orografia amplasamentului (C1)

Proiectarea lucrărilor miniere și stabilirea metodelor de exploatare la zi se realizează pornind de la studiul condițiilor morfologice, geomorfologice și orografice ale amplasamentului. Acestea urmăresc formele de relief și caracteristicile orografice (altitudine, înclinare), modul lor de grupare și răspândire în teritoriul în care s-a format zăcământul.

În funcție de formele de relief caracteristice amplasamentului este posibil ca zăcământul de lignit exploatabil să fie concentrat în:

zonă colinară:

– deasupra nivelului terenului înconjurător, ceea ce presupune eliminarea formei de relief pozitive naturale. Astfel, în urma extragerii lignitului nu va rezulta un gol întrucât forma de relief a fost eliminată din peisaj. În acest caz, recuperarea terenului prin formarea unui lac este practic imposibilă (figura 2.2.a);

– parțial sau integral sub nivelul terenului înconjurător, ceea ce poate determina apariția unui gol remanent, însă mărimea acestuia variază în funcție de alți parametri (ex. înclinarea, gosimea, extinderea zăcământului s.a.). (figura 2.2.b);

zonă colinară și de luncă: în aceste condiții, zăcământul se extinde atât în zonă de luncă, cât și în zonă colinară, ceea ce determină apariția unui gol remanent, dar care, în unele cazuri, este posibil să fie eliminat din peisaj odată cu depozitarea sterilului în halda interioară (figura 2.2.c);

zonă de luncă: în aceste condiții, în urma exploatării rezultă în mod cert un gol remanent, dezvoltarea acestora în adâncime fiind o caracteristică evidentă. Dimensiunile acestuia diferită în funcție de caracteristicile zăcământului (înclinare, grosime extindere etc.). (figura 2.2.d). (Apostu and Lazar, Freiberg, 2018)

Fig. 2.2 Forma carierei în funcție de amplasarea zăcământului în raport cu formele de relief (Apostu and Lazar, Freiberg, 2018)

Deci, din punct de vedere morfologic, geomorfologic și orografic, este posibilă realizarea unei evaluări privind posibilitatea apariției unui gol remanent ținând seama, în mod special, de modul de dezvoltare al zăcământului în teren și de formele de relief caracteristice amplasamentului.

Posibilitatea apariției unui gol remanent, crește odată cu amplasarea zăcământului spre unitățile mai joase de relief (podiș, câmpie, luncă). Astfel, se consideră că în zonele de luncă, posibilitatea apariției unui gol remanent este majoră. Golurile pot avea dimensiuni impresionante, ceea ce înseamnă că prezintă o oportunitate ridicată pentru inundare. În zonele colinare, de deal sau de munte, posibilitatea apariției unui gol remanent în urma unei activități de exploatare în carieră este redusă, întrucât se elimină forma de relief naturală și în cele mai multe cazuri, nu rezultă un gol.

În funcție de criteriul C1 (morfologia, geomorfologia și orografia amplasamentului), în vederea evaluării oportunității de inundare a unui gol remanent, s-a stabilit următorul punctaj:

P = 0 – zonă colinară, de deal sau de munte, zăcământul se află deasupra nivelului terenului înconjurător, practic nu rezultă un gol;

P = 1 – zonă colinară (sau colinară și de luncă cu extindere către zona colinară), de deal sau de munte, zăcământul se află parțial sau integral sub nivelul terenului înconjurător, probabilitate redusă de apariție a unui gol remanent (este probabil să rezulte un gol remanent, dar dimensiunile acestuia sunt, de regulă, reduse);

P = 2 – zonă colinară sau colinară și de luncă, probabilitate relativ ridicată de apariție a unui gol remanent;

P = 3 – zonă de luncă, probabilitate ridicată de apariție a unui gol remanent. (Apostu and Lazar, Freiberg, 2018)

Aceste aspecte conturează o oarecare idee în ceea ce privește apariția în peisaj a unei forme de relief negative (gol remanent) în comparație cu nivelul terenului înconjurător și nu în raport cu nivelul inițial al terenului, dar rezultatele nu sunt suficiente pentru a stabili oportunitatea de inundare a unei cariere.

Oportunitatea inundării unui gol remanent în urma încetării activității de exploatare nu depinde doar de aspectele morfologice, geomorfologice și orografice, ci și de configurația sa, aceasta fiind dată de forma finală a taluzurilor definitive ale carierei și ale haldei interioare.

2.1.2 Configurația golului remanent (C2)

Configurația golului remanent reprezintă un criteriu important care completează datele oferite de criteriul C1. Poziția și forma golului remanent trebuie analizată în raport cu nivelul terenului înconjurător și nu în raport cu nivelul inițial al terenului.

Cele mai importante aspecte care oferă detalii privind configurația golului remanent sunt elementele geometrice ale taluzurilor definitive ale golului remanent, în special adâncimea golului. Geometria taluzurilor variază foarte mult în funcție de formele de relief specifice amplasamentului și a tehnologiilor de exploatare utilizate.

Tehnologiile de excavare, transport și haldare, care se aplică în carierele de lignit, determină forma finală a golului remanent. În cele mai multe cazuri, exploatările la zi presupun depozitarea sterilului în halde exterioare și interioare.

În funcție de formele de relief caracteristice amplasamentului, de poziția zăcământului în raport cu nivelul terenului înconjurător, de volumul de steril din coperta zăcământului și a intercalațiilor sterile și de modul de construcție a haldelor de steril (exterioare sau interioare), există următoarele situații:

Zonă colinară, de deal sau chiar de munte:

– zăcământul este situat deasupra nivelului terenului înconjurător. În aceste condiții, exploatarea presupune eliminarea formei de relief naturale și apariția unei noi forme de relief, în apropierea perimetrului minier, ca urmare a depozitării sterilului în halde exterioare. Astfel, în urma extragerii lignitului nu va rezulta un gol (figura 2.3.a).

– zăcământul este situat parțial sau integral sub nivelul terenului înconjurător. În relativ puține cazuri sunt satisfăcute condițiile construirii haldelor interioare (figura 2.3.b). Adâncimea finală a golului remanent variază în funcție de alte caracteristici ale zăcământului, precum poziția în plan vertical, dată în primul rând de înclinarea zăcământului.

Zonă colinară și de luncă:

În condițiile în care, un zăcământ se extinde atât în zonă de luncă, cât și în zonă colinară, haldarea are loc inițial în halda exterioară, iar după atingerea cotei finale a vetrei se construiește halda interioară. Până la finalul activității de exploatare, golul remanent poate fi ocupat parțial sau integral de halda interioară (figura 2.3.c). Astfel, există 2 situații:

– halda interioară ocupă în totalitate golul remanent al carierei, ceea ce exclude apariția unui gol remanent;

– halda interioară se apropie de zona colinară, deci rezultă un gol remanent ale cărui dimensiuni variază de la caz la caz.

Zonă de luncă:

În acest caz, posibilitatea apariției unui gol remanent este majoră. Indiferent de dimensiunea haldei interioare, la finalul activității de exploatare rezultă în mod cert un gol remanent. Volumul golului remanent este egal cu suma dintre volumul de material steril depozitat în halda exterioară și volumul subtanței minerale extrase. Golurile remanente din zonele de luncă au dimensiuni impresionante, deci prezintă o oportunitate ridicată pentru inundare (figura 2.3.d). (Apostu and Lazar, Freiberg, 2018)

Fig. 2.3 Forma golurilor remanente în funcție de amplasarea zăcământului și de modul de construcție a haldelor interioare și exterioare (Apostu and Lazar, Freiberg, 2018)

Uneori, condițiile din perimetrul minier permit supraînălțarea haldei interioare, a cărei înălțime depășește nivelul terenului înconjurător. Astfel, este posibil ca adâncimea golului remanent să se măsoare în raport cu platforma superioară a haldei interioare (figura 2.4). Totuși, nivelul apei din lac nu poate depăși nivelul terenului înconjurător întrucât apa pătrunde în rocile care formează suprahalda, urmând să se dreneze prin taluzurile exterioare ale acesteia.

Fig. 2.4 Măsurarea adâncimii unui gol remanent (Apostu and Lazar, Freiberg, 2018)

Este importantă cunoașterea configurației golului remanent, în special a adâncimii acestuia în raport cu nivelul terenului înconjurător. Volumul unui gol remanent se calculează cunoscând elementele geometrice ale taluzurilor definitive și adâncimea (h) măsurată de la un nivel ales până la vatra carierei (sau până la berma unei trepte de carieră și/sau de haldă, în condițiile în care halda interioară acoperă vatra carierei).

În vederea evaluării oportunității de inundare a unui gol remanent pe baza criteriului C2, în funcție de adâncimea golului remanent, s-a stabilit următorul punctaj:

P = 0 – practic nu există un gol, h = 0 m;

P = 1 – adâncime mică a golului remanent, h = 0 – 10 m;

P = 2 – adâncime medie a golului remanent, h = 10 – 30 m;

P = 3 – adâncime mare a golului remanent, h > 30 m. (Apostu and Lazar, Freiberg, 2018)

În cazul în care exploatarea zăcământului a presupus eliminarea unei forme pozitive de relief, rezultând un teren plan sau cu înclinare mică, deci adâncimea este h = 0, terenul prezintă oportunitate ridicată pentru alte tipuri de utilizări. În acest caz, inundarea este imposibilă, deci nu reprezintă o soluție de recuperare.

Golurile de mici dimensiuni, rezultă fie ca urmare a dezvoltării carierei în zone colinare, de deal sau de munte, fie ca urmare a dimensiunilor mari ale haldelor interioare. Acestea au un impact vizual negativ mai redus, astfel că pot fi recuperate sub numeroase alte forme. Pentru un gol remanent cu adâncimea de maxim 10 m, se pot efectua lucrări de modelare și revegetare în scopul reintegrării terenului în peisaj. În cazul golurilor remanente cu adâncimi cuprinse între 10 – 30 m, în afară de crearea unui lac de carieră, se pot stabili și alte tipuri de utilizare. Decizia privind tipul final de reutilizare poate fi luată după evaluarea disponibilului de apă din formațiunile acvifere.

Golurile remanente cu adâncimi mai mari de 30 m, prezintă oportunitate ridicată de inundare în mod natural, având în vedere și probabilitatea ridicată ca acestea să intersecteze formațiuni acvifere de mică sau mare adâncime.

2.1.3 Necesitatea refacerii resurselor acvifere (C3)

În numeroase cazuri, exploatarea la zi a zăcămintelor de substanțe minerale utile se poate realiza doar în condițiile drenării formațiunilor acvifere din perimetrul minier.

Orizontul freatic și o parte din orizonturile acvifere captive sunt drenate prin taluzurile carierelor (drenaj natural) sau prin lucrări miniere de asecare (ex. foraje de asecare de mare diametru). Efectul lucrărilor de drenare și asecare se manifestă printr-un impact cantitativ asupra formațiunilor acvifere de mică sau mare adâncime. Aceste lucrări conduc la extinderea curbelor depresionare pe distanțe foarte mari, în funcție de coeficientul de filtrare și la diminuarea sau chiar dispariția unor resurse de apă subterană, ceea ce are ca efect direct secarea fântânilor, reducerea debitelor captărilor de apă, afectarea vegetației etc. (Huidu, 2012) Din aceste motive, refacerea resurselor acvifere este unul dintre cele mai importante aspecte de mediu care trebuie rezolvate după încetarea lucrărilor miniere și ieșirea din funcțiune a sistemului de asecare.

Necesitatea refacerii resurselor acvifere depinde în mare măsură și de tipul de utilizare a terenurilor adiacente. În funcție de tipul de utilizare, terenurile au fost clasificate în 9 categorii (figura 2.5).

Fig. 2.5 Tipuri de utilizare a terenurilor

În funcție de tipul de utilizare a terenurilor, cerințele de apă diferă (figura 2.6). Dacă refacerea formațiunilor acvifere în mod natural nu este posibilă, pentru evaluarea necesității de refacere a resurselor de apă subterană se ține seama de cerințele de apă ale fiecărui tip de utilizare a terenului.

Fig. 2.6 Cerințele de apă în funcție de tipul de utilizare a terenurilor

În zonele urbane și agricole cerințele pentru apă sunt cele mai ridicate, în timp ce pentru terenurile ocupate de căile de transport terestru și terenurile nude cerințe de apă sunt cele mai reduse.

S-au evaluat terenurile din punct de vedere al cerințelor față de apă prin notarea acestora cu note de la 1 la 9. Astfel, nota 1 se acordă terenurilor ocupate de căile de transport, comunicații și utilități întrucât nu implică consum de apă (se face referire strict la perioada de exploatare a acestora), iar nota 9 se acordă terenurilor agricole care au cele mai mari cerințe față de apă (tabelul 2.1).

Tab. 2.1 Regulile de notare a tipurilor de teren în funcție de cerințele față de apă

Z1 – căi de transport, comunicații și utilități, Z2 – terenuri nude, Z3 – zone lacustre și fluviatile, Z4 – zone împădurite, Z5 – zone naturale, Z6 – zone protejate, Z7 – zone industriale, Z8 – zone urbane, Z9 – zone agricole

În scopul prevenirii și reducerii efectelor negative ale secetei, trebuie întocmite programe care să includă măsuri de asigurare cu prioritate a alimentării cu apă potabilă și pentru irigarea culturilor agricole. (Lazăr, 2001) Deci, pe lângă cunoașterea cerințelor față de apă a terenurilor, este importantă și cunoașterea priorităților în ceea ce privește alimentarea cu apă potabilă. Astfel, s-a stabilit o ierarhie a priorităților în funcție de tipul de utilizare a terenului și s-au definit valorile unui coeficient de prioritate (c). Valoarea cea mai mare a coeficientului de prioritate revine terenului/tipului de utilizare care, în caz de secetă, depinde de alimentarea cu apă potabilă, deci are prioritate (tabelul 2.2).

Tab. 2.2 Prioritatea alimentării cu apă potabilă

Pentru evaluarea terenurilor adiacente cu multiple utilizări, se va calcula media ponderată (relația 2.1), luând în considerare valoarea terenurilor (nota, x) și coeficienții de prioritate (c), în funcție de cerințele față de apă a terenurilor, respectiv de prioritatea alimentării cu apă potabilă.

(2.1)

Necesitatea refacerii resurselor acvifere s-a evaluat în funcție de tipurile de utilizare a terenurilor adiacente perimetrelor miniere în care exploatarea minieră a presupus asecarea formațiunilor acvifere și formarea unei pâlnii depresionare cu efecte negative asupra mediului biotic. În numeroase cazuri, terenurile adiacente perimetrelor miniere au mai multe folosințe.

Valoarea dată de media ponderată (ponderea fiind dată de coeficientul de prioritate) asigură o evaluare corespunzătoare a necesității refacerii resurselor acvifere. Astfel, în condițiile în care un teren are multiple utilizări, media ponderată permite obținerea unei valori favorabile tipului de utilizare cu cerințe mai ridicate față de apă în general, respectiv față de apa potabilă.

S-au fixat intervale de valori pe baza cărora s-a realizat următoarea scală de evaluare:

P = 0 – Mp ≤ 2; predomină terenurile fără cerințe speciale față de apă și pentru care alimentarea cu apă nu este prioritară; nu este necesară refacerea resurselor acvifere;

P = 1 – 2 < Mp ≤ 5; predomină terenurile cu cerințe reduse față de apă, pentru care alimentarea cu apă nu este prioritară; necesitate medie de refacere a resurselor acvifere;

P = 2 – 5 < Mp ≤ 7,5; predomină terenurile cu cerințe medii față de apă, pentru care alimentarea cu apă este prioritară; necesitate ridicată de refacere a resurselor acvifere;

P = 3 – 7,5 < Mp ≤ 9; predomină terenurile cu cerințe ridicate față de apă, pentru care alimentarea cu apă reprezintă o prioritate; necesitate majoră de refacere a resurselor acvifere.

În condițiile în care este necesară refacerea resurselor acvifere în zonele adiacente exploatărilor miniere la zi, în urma cărora a rezultat un gol remanent, se va evalua și necesitatea apariției unei oglinzi de apă în zonă, având în vedere că refacerea resurselor acvifere va duce la inundarea necontrolată a golului remanent.

2.1.4 Necesitatea apariției în zonă a unei oglinzi de apă (C4)

Metoda inundării golurilor remanente rezultate în urma încetării activităților de extragere, presupune apariția în zonă a unei oglinzi de apă, respectiv a unui nou ecosistem acvatic a cărui structură depinde de tipul utilizării ulterioare, într-un teritoriu care anterior nu a mai întâlnit asemenea condiții.

Apariția unei oglinzi de apă implică modificări microclimatice ca urmare a creșterii cantității de apă evaporată de pe suprafața lacului format. Vaporii ajung în atmosferă unde contribuie la formarea norilor, care la rândul lor, generează cantități mai mari de precipitații. Pentru zonele cu deficit de precipitații, aceste modificări constituie un avantaj. Modificările microclimatice pot constitui și un dezavantaj, deoarece contribuie, la accentuarea efectului de seră.

Avantajele inundării golurilor remanente constau în: refacerea resurselor acvifere, constituirea unor ecosisteme acvatice și a biodiversității specifice, refacerea ecosistemelor adiacente și a biodiversității locale, reutilizarea terenurilor degradate de exploatarea la zi, dezvoltarea durabilă a zonei.

Ținând cont de specificul zonei și de strategia de dezvoltare a regiunii, apariția unei oglinzi de apă poate avea o însemnătate majoră. Spre exemplu, într-o zonă agricolă, un astfel de lac poate fi folosit ca rezervor de apă destinat irigării culturilor în perioadele secetoase. Dacă strategia de devoltare regională are drept obiectiv dezvoltarea turistică, lacul poate fi amenajat în scopul desfășurării activităților de recreere și agrement, utilizare care poate asigura și dezvoltarea economică a regiunii. Pe de altă parte, lacul poate fi populat cu pești în scopul susținerii pescuitului durabil (piscicultură) sau a practicării pescuitului recreativ sportiv. Dacă domeniul de activitate specific unei regiuni este vânătoarea, crearea unei oglinzi de apă nu este strict necesară, însă apariția unui lac în peisaj nu afectează modul de desfășurare a acestei activități. (Apostu et al., 2017)

Necesitatea de apariție a unei oglinzi de apă într-o anumită regiune se poate evalua în funcție de domeniul de activitate caracteristic zonelor din imediata apropiere a perimetrului minier și de cerințele pentru apă specifice fiecărui domeniu (figura 2.7).

În funcție de domeniul de activitate specific unei regiuni și a cerințelor față de apă, pentru evaluarea necesității apariției unei oglinzi de apă, s-a stabilit următorul punctaj:

P = 0 – pentru domeniul D0, nu este necesară apariția unei oglinzi de apă;

P = 1 – pentru domeniul D1, necesitate redusă de formare a unei oglinzi de apă;

P = 2 – pentru domeniul D2, necesitate medie de formare a unei oglinzi de apă;

P = 3 – pentru domeniul D3, necesitate majoră de formare a unei oglinzi de apă.

Fig. 2.7 Cerințele de apă în funcție de domeniul de activitate specific unei regiuni

După stabilirea necesității de refacere a formațiunilor acvifere și a apariției unei oglinzi de apă în peisaj, este importantă evaluarea disponibilității resurselor de apă care pot contribui la refacerea acviferelor și la inundarea golurilor remanente.

2.1.5 Hidrologia și hidrogeologia regiunii (C5)

Cunoașterea hidrologiei și hidrogeologiei unei regiuni permite evaluarea resurselor de apă disponibile în vederea refacerii formațiunilor acvifere și a inundării unui gol remanent.

Prezența surselor permanente de apă este considerată de importanță maximă atunci când se aplică metoda inundării, deoarece asigură inundarea golului remanent în mod natural și într-o perioadă mai scurtă de timp. Durata inundării scade odată cu creșterea debitului de apă disponibil. Inundarea naturală presupune costuri mai mici, nefiind necesare aducțiunile de apă.

Sursele permanente de apă sunt reprezentate de: apele provenite din precipitații, din formațiunile acvifere și mai rar, din cursurile de apă de suprafață (pâraie, râuri etc.). În cazul în care perimetrul minier de exploatare la zi este traversat de un curs de apă, înaintea demarării activității de exploatare se procedează la devierea, reamenajarea și regularizarea acestuia, în scopul desfășurării activității de exploatare în condiții de siguranță. Astfel, după încetarea activității de exploatare, dacă afluxul de apă provenit din formațiunile acvifere și din precipitații nu este suficient pentru inundarea golului remanent, este posibilă, prin intervenții antropice, redirecționarea unei părți din debitul cursului de apă deviat, către golul remanent. Aducțiuni de apă se pot realiza și din cursurile de apă existente în apropierea golului remanent. (Apostu and Lazar, SGEM, 2018)

Soluția ce presupune captarea și direcționarea unor debite din apele de suprafață în vederea inundării golurilor remanente, se justifică doar în cazul în care o regiune depinde de apariția unei oglinzi de apă, deci necesitatea de formare a unui lac de carieră este ridicată. Altfel, se urmărește posibilitatea inundării golului remanent în mod natural.

Alimentarea unui lac de carieră se realizează, în general, prin aport de apă din infiltrații subterane și din precipitații, iar descărcarea apei din lac se realizează prin drenaj natural și prin procesul de evaporare. În acest fel, se asigură un echilibru între alimentarea și pierderile de apă ale lacului nou format. (Apostu and Lazăr, Timișoara, 2017)

2.1.5.1 Alimentarea din precipitații (C5.1)

În funcție de cantitatea de apă din precipitații (QP) care ajunge în lac și cantitatea de apă evaporată de pe suprafața lacului (QE), se poate determina cantitatea de apă care contribuie efectiv la inundarea golului remanent. (Pișota and Buta, 1983)

În funcție de amplasarea geografică și de condițiile climatice, valoarea cantității de apă evaporată (de pe teren și de pe oglinzi de apă) este variabilă și mai mare decât 0 (QE > 0), în timp ce cantitatea de precipitații poate fi nulă (QP = 0) sau mai mare decât 0 (QP > 0). În cazul unei atmosfere saturate și evapotranspirația poate fi nulă (doar după atingerea valorii evapotranspirației potențiale). De asemenea, există situații în care cantitatea de apă evaporată este mai mică, egală sau mai mare decât cantitatea de precipitații. Astfel, se pot evidenția 4 cazuri:

nu există precipitații, deci au loc pierderi semnificative de apă prin procesul de evaporare (descărcări);

cantitatea de precipitații este mai mică decât evaporarea, deci are loc o descărcare a lacului, dar care poate fi acoperită de afluxul de apă din formațiunile acvifere;

cantitatea de precipitații este egală cu evaporarea, deci nu există o contribuție efectivă la inundarea golului remanent; nu are loc descărcarea lacului, dar nici alimentarea acestuia;

cantitatea de precipitații este mai mare decât evaporarea, deci are loc alimentarea lacului.

În vederea evaluării oportunității de inundare pe baza cantității de apă din precipitații care alimentează efectiv lacul, s-a stabilit următorul punctaj:

P = 0 – QP = 0, QE > 0, rezultă o descărcare semnificativă a lacului;

P = 1 – QP < QE, rezultă o descărcare relativ redusă a lacului, dar care poate fi acoperită de afluxul de apă din formațiunile acvifere;

P = 2 – QP = QE, rezultă că precipitațiile nu contribuie la inundarea golului remanent, dar nici nu au loc pierderi de apă din lac;

P = 3 – QP > QE, rezultă că precipitațiile au o contribuție semnificativă la inundarea golului remanent.(Apostu and Lazar, Timișoara, 2017)

2.1.5.2 Alimentarea din formațiunile acvifere (C5.2)

Prezența resurselor acvifere este esențială pentru formarea unui lac de carieră în mod natural, întrucât, în cele mai multe cazuri, afluxul de apă din precipitații este insuficient. Dacă afluxul de apă subterană poate contribui în mod semnificativ la inundarea golului, atunci crearea unui lac de carieră reprezintă o alegere oportună. În caz contrar, se recomandă alegerea altui tip de reutilizare.

Refacerea resurselor acvifere are avantaje deosebite în ceea ce privește dezvoltarea și menținerea vegetației nou instalate pe terenul afectat în trecut, a culturilor agricole, pomicole, refacerea resurselor de apă potabilă pentru comunitățile locale ș.a., mai ales în zonele sau perioadele mai secetoase.

De-a lungul timpului, s-au realizat numeroase studii pentru evaluarea gradului de dificultate al exploatării zăcămintelor în funcție de condițiile hidrogeologice specifice regiunii. Conform unei clasificări complexe existente în literatura de specialitate, zăcămintele de lignit pot fi clasificate din punct de vedere hidrogeologic în patru clase (Rotunjanu and Lazăr, 2014), și anume:

clasa I – condiții hidrogeologice simple, care nu necesită lucrări de asecare, ci numai lucrări de gospodărire a apelor;

clasa a II-a – condiții hidrogeologice medii, care necesită lucrări de asecare și de gospodărire a apelor;

clasa a III-a – condiții hidrogeologice grele, ca urmare a prezenței formațiunilor acvifere în acoperișul și culcușul zăcământului, care necesită lucrări de asecare pentru formațiunile acvifere din acoperiș și de detensionare pentru formațiunile acvifere din culcuș în prezența unor ecrane protectoare cu grosimi reduse;

clasa a IV-a – condiții hidrogeologice foarte grele, unde formațiunile acvifere conțin ape sub presiune, acviferitatea rocilor este redusă, iar condițiile geo-miniere sunt defavorabile prin absența sau existența unor ecrane protectoare cu grosime redusă și prin prezența dislocațiilor tectonice și a ferestrelor hidrogeologice.

Scopul acestei clasificări constă în evaluarea zăcământului din punct de vedere hidrogeologic și determinarea gradului de dificultate al lucrărilor de asecare. Pe baza acesteia se poate realiza atât evaluarea resurselor disponibile în vederea refacerii resurselor acvifere – asupra cărora s-a intervenit pe perioada de exploatare prin lucrări de asecare, cât și a posibilităților de inundare a golului remanent al unei cariere. În timp, condițiile fizico-geografice (amplasament, relief, climă, caracteristicile hidrografice etc.) specifice unei regiuni nu suferă modificări semnificative, astfel că după încetarea unor activități de exploatare și oprirea lucrărilor de asecare, acestea contribuie la refacerea parțială a resurselor acvifere. Zăcămintele cu condiții hidrogeologice grele și foarte grele care sunt caracterizate de o alimentare intensă a orizonturilor acvifere și care pot genera afluxuri importante de apă sunt favorabile în vederea inundării unui gol remanent într-un timp cât mai scurt. În schimb, zăcămintele cu condiții hidrogeologice simple și aflux redus de apă nu sunt favorabile inundării unui gol remanent întrucât inundarea ar fi de lungă durată. În acest sens, s-a realizat o analogie între gradul de dificultate al exploatării zăcămintelor în funcție de condițiile hidrogeologice caracteristice (Rotunjanu et Lazăr, 2014) și posibilitățile de inundare a golului remanent. Așadar, cu cât condițiile hidrogeologice sunt mai grele pe perioada exploatării zăcământului, iar afluxurile de apă subterană sunt mai mari, cu atât mai ridicate sunt posibilitățile de inundare a golului remanent după încetarea activității de exploatare.

În cazul exploatărilor miniere la zi, în funcție de condițiile hidrogeologice existente, odată cu oprirea lucrărilor de asecare și refacerea resurselor acvifere are loc inundarea golurilor remanente. Pe baza clasificării hidrogeologice complexe existente în literatura de specialitate, s-a realizat o apreciere cantitativă a resurselor de apă subterană și s-a acordat următorul punctaj în vederea evaluării finale a oportunității de inundare a golurilor remanente:

– P = 0 – clasa a I-a, perimetru minier cu posibilitate redusă de inundare din formațiunile acvifere;

– P = 1 – clasa a II-a, perimetru minier cu posibilitate medie de inundare din formațiunile acvifere;

– P = 2 – clasa a III-a, perimetru minier cu posibilitate ridicată de inundare din formațiunile acvifere;

– P = 3 – clasa a IV-a, perimetru minier cu posibilitate majoră de inundare din formațiunile acvifere.

Deși în etapa de exploatare, condițiile grele sau foarte grele ale orizonturilor acvifere și mai ales afluxurile mari de apă nu sunt dorite, deoarece au ca efecte negative îngreunarea lucrărilor de exploatare și asecare, cheltuieli financiare foarte ridicate și riscuri privind siguranța angajaților și a echipamentelor de lucru, în etapa de recuperare și reintegrare a terenului degradat în peisaj, sub forma unui lac, rezervor sau bazin de apă, aceste caracteristici hidrogeologice sunt favorabile, întrucât asigură refacerea resurselor acvifere și inundarea golului remanent în mod natural, într-o perioadă relativ scurtă de timp, fără a fi nevoie să se realizeze cheltuieli suplimentare.

2.1.5.3 Permeabilitatea rocilor (C5.3)

Pentru a evalua oportunitatea de inundare a unui gol remanent mărginit de taluzurile definitive ale carierei și de taluzurile haldei interioare, este necesară cunoașterea, în mod special, a compoziției granulometrice, care influențează porozitatea și permeabilitatea rocilor.

Rocile necoezive cu granulație mare se drenează mai ușor (nisip, pietriș), în timp ce rocile pseudocoezive, cu granulație fină (praf, argilă) cedează foarte greu apa. Argilele, deși sunt roci foarte poroase, adsorb o cantitate mare de apă, însă, din cauza porilor foarte mici, aceasta nu poate să circule. (Rotunjanu et Lazăr, 2014)

Pe această bază, se poate evalua capacitatea de înmagazinare și cedare a apei de către roci și implicit viteza de descărcare a apei din lac prin halda de steril. Se urmărește posibilitatea de inundare și menținere a unui nivel constant al apei din lac, dar în special, gestionarea corectă a riscului de alunecare a taluzurilor de haldă ca urmare a infiltrării apei în corpul haldei. (Lazar et al., SESAM, 2019)

Prezența apei, în special în corpul haldei, poate duce la pierderea stabilității acesteia în funcție de permeabilitatea rocilor (roci nisipoase, argiloase etc.). Apa subterană reduce rezerva de stabilitate prin efectul negativ al presiunii apei din pori, care micșorează presiunea efectivă pe suprafața de alunecare, ceea ce conduce la reducerea rezistenței la forfecare și implicit a coeficientului de stabilitate. (Lazăr, 2010)

Din punct de vedere al permeabilității rocilor, pentru evaluarea oportunității de inundare, s-a acordat următorul punctaj:

P = 0 – amestec de roci acvifere (nisipuri, pietrișuri etc.);

P = 1 – amestec de roci predominant acvifere;

P = 2 – amestec de roci predominant acviclude;

P = 3 – amestec de roci acviclude (marne, argile etc.).

În cazul în care punctajul obținut în funcție de permeabilitatea rocilor este mic, iar punctajul final caracterizează o oportunitate ridicată pentru inundare, se pot efectua lucrări de impermeabilizare a taluzurilor definitive ale haldei de steril, taluzuri care vin în contact direct cu apa, astfel încât să se poată crea un lac de carieră.

2.1.6 Condiții de stabilitate ale taluzurilor definitive ale golului remanent (C6)

Stabilitatea taluzurilor este afectată ca urmare a distrugerii echilibrului local sau de ansamblu dintre forțele care le solicită și forțele interioare de rezistență ale rocilor sau a amestecului de roci, sub acțiunea directă sau numai sub influența parțială a diverșilor factori externi sau interni, naturali sau antropici. (Rotunjanu, 2005)

În general, golurile remanente ale carierelor sunt mărginite de taluzurile definitive in-situ ale carierei și de taluzurile haldei interioare.

Odată cu începerea procesului de inundare a golului remanent are loc refacerea resurselor acvifere și ridicarea nivelului apei din lac. Procesul de inundare, ca urmare a influenței apei în roci, determină reducerea rezervei de stabilitate și poate duce la manifestarea fenomenelor geotehnice negative, de tipul alunecărilor de teren. Cunoașterea comportamentului rocilor la contactul cu apa, respectiv a riscurilor geotehnice care pot să apară în condițiile nou create, este esențială pentru creșterea gradului de securitate și siguranță al obiectivelor și oamenilor din zonele de influență. (Apostu and Lazar, Geoecologia, 2018)

Este importantă evaluarea stabilității taluzurilor definitive ale unui gol remanent înainte de inundare și identificarea factorilor de influență pentru a se putea estima valoarea înspre care tinde rezerva de stabilitate, în timp. (Apostu and Lazar, Geoecologia, 2018)

După oprirea sistemelor de asecare intervin forțe suplimentare ca urmare a manifestării presiunii apei din porii rocilor în condiții saturate și/sau a manifestării presiunii hidrodinamice în condițiile formării curenților acviferi. Acestea influențează negativ starea de eforturi unitare prin reducerea rezervei de stabilitate.

Apa are o acțiune favorabilă în cazul taluzurilor submersate. Aceasta se manifestă prin creșterea presiunii efective pe suprafața de alunecare, comportându-se ca un prism de reazem. (Rotunjanu, 2005)

Sarcinile suplimentare date de amplasarea construcțiilor, a căilor de transport ș.a. pe bermele sau platformele taluzurilor definitive, modifică starea de eforturi din masivele de roci, determinând reducerea rezervei de stabilitate.

Prin procesele de excavare, transport și depunere, caracteristicile de rezistență ale rocilor suferă modificări importante, de aceea, spre deosebire de taluzurile in-situ, taluzurile haldei sunt caracterizate de rezerve de stabilitate mai mici. La evaluarea oportunității de inundare a unui gol remanent în funcție de condițiile de stabilitate ale taluzurilor definitive se iau în considerare situațiile mai puțin favorabile.

În funcție de gradul de stabilitate, depozitele de roci sterile (haldele) au fost clasificate în patru categorii:

Depozite de mari dimensiuni, cu volum important de roci și deplasări active;

Depozite cu deplasări periculoase ca urmare a influenței unor factori externi/interni;

Depozite cu deplasări ce pot fi limitate prin amenajări corespunzătoare sau prin metoda de exploatare;

Depozite stabilizate, la care apariția fenomenelor de alunecare este puțin probabilă. (Rotunjanu, 2005)

Un taluz/versant este considerat stabil atunci când valoarea factorului de stabilitate este supraunitară. Luând în considerare importanța socio-economică a obiectivului și durata de serviciu a acestuia se poate stabili valoarea optimă a factorului de stabilitate. Valoarea optimă a factorului de siguranță pentru construcții de pământ cu o durată mare de rămânere pe loc se recomandă să fie cuprinsă în intervalul Fs = 1,25 ÷ 1,5. (Rotunjanu, 2005)

Ținând seama de clasificarea depozitelor în funcție de gradul de stabilitate și având în vedere intervalul care conține valoarea optimă a factorului de siguranță și factori de influență, s-au stabilit 4 clase de stabilitate a taluzurilor. În funcție de acestea, în vederea evaluării oportunității de inundare, a fost stabilit următorul punctaj:

P = 0 – clasa a IV-a de stabilitate, Fs < 1, taluzuri instabile, cu deplasări active;

P = 1 – clasa a III-a de stabilitate, taluzuri cu stabilitate redusă/ la limita de stabilitate, Fs ≈ 1, taluzuri ce pot intra în mișcare periculoasă chiar și ca urmare a acțiunii individuale a unor factori declanșatori (precum prezența apei în corpul taluzului ca urmare a precipitațiilor abundente, explozii, seisme, vibrații de la vehicularea utilajelor de mare tonaj sau suprasarcini date de supraîncărcarea bermelor/platformelor etc.);

P = 2 – clasa a II-a de stabilitate, taluzuri cu stabilitate ridicată, Fs = 1,25 ÷ 1,5, taluzuri la care se pot înregistra eventuale deplasări în cazul acțiunii concomitente sau individuale a unor factori declanșatori, dar care pot fi limitate prin amenajări;

P = 3 – clasa a I-a de stabilitate, Fs > 1,5, taluzuri cu rezervă mare de stabilitate, la care probabilitatea de alunecare este foarte redusă sau chiar nulă (doar în cazul acțiunii concomitente a mai multor factori declanșatori se pot produce fenomene de alunecare).

Stabilitatea taluzurilor este un indicator de maximă importanță pentru aproape toate tipurile de reamenajare și reutilizare. Cu cât mai mare este rezerva de stabilitate a taluzurilor definitive, cu atât mai mici sunt investițiile privind lucrările de sporire a stabilității. Astfel procesul de inundare a golului remanent poate începe imediat, iar lacul format își va putea prelua funcția mai repede.

2.1.7 Accesibilitate și distanță față de zonele de interes (C7)

În etapa de recuperare și reconstrucție a golurilor remanente ale fostelor cariere, existența căilor de acces și distanța cât mai mică față de obiectivele de interes (cum ar fi utilități, orașe ș.a.) reprezintă un avantaj, în primul rând din punct de vedere financiar. Este necesar accesul utilajelor și al personalului angajat pe perioada de recuperare a terenului degradat, respectiv al vizitatorilor după redarea terenului în folosință.

2.1.7.1 Accesibilitate – Existența și starea căilor de acces (C7.1)

În cazul în care tipul de reutilizare presupune prezența frecventă a personalului și/sau a vizitatorilor, este necesară conectarea la căile de transport existente și amenajarea unei infrastructuri adecvate tipului de reutilizare. Existența căilor permanente de transport reprezintă un avantaj.

În funcție de tipul structurii rutiere (sau de suprafața de rulare), drumurile se împart în 4 categorii: drumuri de pământ, pietruite, cu îmbrăcăminți semipermanente și cu îmbrăcăminți permanente (***, INS, 2017)

Conform Ordonanței nr. 43/1997 (actualizată în 2017) privind regimul drumurilor, din punct de vedere al circulației, drumurile se împart în 2 categorii:

drumuri deschise circulației publice, care cuprind toate drumurile publice și acele drumuri de utilitate privată care servesc obiectivele turistice ori alte obiective la care publicul are acces;

drumuri închise circulației publice, care cuprind acele drumuri de utilitate privată care servesc obiectivelor la care publicul nu are acces. (***, Ordonanța nr. 43/1997, 2017)

În funcție de intensitatea traficului, Ministerul Dezvoltării Regionale, Administrației Publice Și Fondurilor Europene a realizat o clasificare tehnică a drumurilor (tabelul 2.3).

Tab. 2.3 Clasificarea tehnică a drumurilor după intensitatea traficului (***, MDRAP)

Luând în considerare cele trei aspecte prezentate anterior (regimul drumurilor, structura rutieră existentă și intensitatea traficului), s-au evaluat posibilitățile de acces către golul remanent al unei cariere și s-au acordat următoarele punctaje:

P = 0 – drumuri de pămînt amenajate sau neamenajate, provizorii, strict pentru vehicularea utilajelor, închise circulației publice, greu accesibile;

P = 1 – drumuri pietruite, deschise sau închise circulației publice, accesibile, trafic foarte redus;

P = 2 – drumuri cu îmbrăcăminți semipermanente, deschise circulației publice, ușor accesibile, trafic redus sau mediu;

P = 3 – drumuri cu îmbrăcăminți permanente, deschise circulației publice, acces facil, trafic intens sau foarte intens.

În cazul în care, drumurile identificate sunt de același rang și prezintă aceeași stare, diferențierea punctajului se poate face în funcție de alte aspecte (spre exemplu: lungimea drumurilor care fac legătura dintre golul remanent și un drum principal). Astfel, având în vedere costurile pe care le implică modernizarea unui drum, punctaj maxim va primi drumul cel mai scurt.

2.1.7.2 Distanța față de zonele de interes (C7.2)

Este importantă evaluarea posibilității de recuperare și reutilizare a unui gol remanent ținând cont și de distanța față de zonele de interes (orașe, zone agricole etc), întrucât avantajele sunt cu atât mai mari cu cât această distanță este mai redusă. Astfel, pe baza distanței dintre un gol remanent și zonele de interes s-a stabilit următorul punctaj:

P = 0 – distanță mare sau foarte mare față de zonele de interes (>50 km);

P = 1 – distanță relativ mare față de zonele de interes (10 – 50 km);

P = 2 – distanță medie față de zonele de interes (1 – 10 km);

P = 3 – distanță mică față de zonele de interes (0 – 1 km).

Recuperarea naturalistică este un tip de reutilizare care se pretează terenurilor degradate aflate la distanțe mari de centrele urbane și de căile principale de comunicație. (Lazăr, 2010) În schimb, recuperările de tip recreativ, rezidențial și nu numai, se pretează terenurilor degradate aflate la distanțe relativ mici față de zonele de interes și de căile de comunicație.

2.1.8 Investiții pentru recuperarea și reabilitarea golului remanent (C8)

Pentru a evalua costurile de redare în circuitul ecologic sau economic a terenurilor degradate de exploatările miniere la zi, se iau în calcul:

– cheltuielile efective de recuperare și reabilitare (stabilizare, amenajare, modelare) pentru crearea unui lac;

– cheltuieli privind reintegrarea în peisaj (depunerea de sol vegetal pe terenurile adiacente afectate, ameliorarea terenurilor, susținerea și accelerarea procesului de revegetare ș.a.);

– cheltuieli privind construirea infrastructurii corespunzătoare tipului de reutilizare stabilit.

Procesul de inundare a unui gol remanent se poate realiza atât în mod natural, cu apă provenită din precipitații sau din formațiunile acvifere, cât și în mod artificial, prin aducțiune de apă din surse de apă aflate în apropiere, precum: râuri, lacuri ș.a. Existența surselor naturale de inundare a golului remanent reprezintă un avantaj important din punct de vedere financiar. Distanța redusă față de zonele de interes, existența căilor permanente de acces, a construcțiilor care pot fi utilizate în alte scopuri prezintă, de asemenea, avantaje importante.

După caracterul lucrărilor, investițiile se pot clasifica în:

investiții pentru construirea unor obiective noi;

investiții pentru refacerea (reconstituirea) obiectivelor/construcțiilor existente, dezvoltarea sau transformarea lor;

investiții pentru înnoirea unităților existente, atunci când progresul tehnic impune retehnologizarea. (Lazăr, 2002)

Pe baza acestei clasificări s-a elaborat o nouă clasificare adaptată situațiilor în care se urmărește evaluarea (subiectivă, dar care oferă suficiente informații) investițiilor necesare recuperării și reabilitării terenurilor degradate de exploatările miniere la zi în scopul creării unui lac de carieră și nu numai (tabelul 2.4).

Evaluarea oportunității de inundare a unui gol remanent s-a realizat în funcție de clasificarea investițiilor și s-a acordat următorul punctaj.

P = 0 – investiții ridicate sau foarte ridicate;

P = 1 – investiții medii;

P = 2 – investiții reduse;

P = 3 – nu necesită investiții sau implică investiții foarte reduse, nesemnificative.

Tab. 2.4 Clasificarea investițiilor privind inundarea golurilor remanente după caracterul lucrărilor necesare

Doar după stabilirea tipului final de reutilizare a lacului de carieră se vor putea estima costurile privind reintegrarea terenului în peisaj și construirea infrastructurii corespunzătoare pentru desfășurarea adecvată a activităților viitoare.

2.1.9 Exigențele populației (C9)

În procesul de planificare a utilizării terenurilor degradate este necesară implicarea tuturor părților interesate: stat, autorități locale, comunități locale etc., în scopul identificării și stabilirii unor utilizări și infrastructuri adecvate tipului de reutilizare a terenului. Exigențele populației redau necesitățile individuale și prioritățile comunităților locale și în general, fac referire la spații cu diferite destinații: locuințe, infrastructură, producție, agrement și recreere etc. (Lazăr, 2010)

Evaluarea oportunității de inundare din acest punct de vedere se poate realiza prin diferite metode, dar s-a stabilit ca fiind eficientă evaluarea prin sondaj de opinie. Sondajele de opinie trebuie destinate strict subiecților care pot beneficia de avantajele recuperării și reutilizării terenurilor degradate de exploatările la zi (comunitățile locale, autoritățile locale etc.), precum și cercetătorilor din domeniu. Pentru a obține date cât mai concrete, se recomandă efectuarea acestor tipuri de sondaje la nivelul regiunii studiate. În acest fel se poate ține cont de nevoile individului și ale comunităților locale, de importanța dezvoltării socio-economice a regiunii și a refacerii mediului înconjurător din punctul de vedere al respondentului.

Subiecților li se oferă serie de variante de reutilizare a golurilor remanente și chiar posibilitatea de a oferi sugestii de reutilizare. În condițiile evaluării oportunității de inundare a unui gol remanent, varianta de reutilizare “lac de carieră” interesează în mod special. Pe baza poziției acestuia în ierarhia exigențelor populației se va stabili punctajul acordat pentru evaluare.

Pentru a obține rezultate precise s-a stabilit următoarea metodologie:

crearea sondajului de opinie;

chestionarea subiecților;

ierarhizarea exigențelor populației;

stabilirea numărului de variante de reutilizare (nvar);

stabilirea poziției variantei “lac de carieră” în ierarhie (plac). (Apostu et al., Revista minelor, 2018)

Pe baza rezultatelor sondajelor de opinie, pentru evaluarea oportunității de inundare, se acordă un punctaj (P), a cărui valoare poate varia între P = 0 – minim și P = 3 – maxim. Indiferent de numărul variantelor de reutilizare propuse, dacă varianta “lac de carieră” ocupă prima poziție din ierarhie, la evaluare, golul remanent primește P = 3 puncte. Dacă varianta “lac de carieră” ocupă ultima poziție din ierarhie, la evaluare, golul remanent primește P = 0 puncte.

Dacă există doar 4 variante de reutilizare punctajul se acordă după cum urmează:

– P = 0 – dacă tipul de utilizare “lac de carieră” se află pe a IV-a poziție în ierarhia exigențelor populației;

– P = 1 – dacă tipul de utilizare “lac de carieră” se află pe a III-a poziție în ierarhia exigențelor populației;

– P = 2 – dacă tipul de utilizare “lac de carieră” se află pe a II-a poziție în ierarhia exigențelor populației;

– P = 3 – dacă tipul de utilizare “lac de carieră” se află pe poziția I în ierarhia exigențelor populației. (Apostu et al., Revista minelor, 2018)

Dacă există mai mult de 4 variante de reutilizare și varianta “lac de carieră” se află între prima și ultima poziție din ierarhie, se aplică metoda descrisă în continuare, pentru stabilirea punctajului final:

se determină valoarea unei constante (c) care este dată de raportul dintre valoarea maximă a punctajului (Pmax = 3) și nvar-1 aplicând relația 2.2:

(2.2)

se determină punctajul final aplicând relația 2.3:

(2.3)

unde:

nvar – numărul variantelor de reutilizare a golului remanent (oferite în chestionar);

plac – poziției variantei “lac de carieră” în ierarhia exigențelor populației;

c – constantă;

Pf – punctajul final. (Apostu et al., Revista minelor, 2018)

Această metodologie de stabilire a punctajului pentru evaluarea oportunității de inundare în funcție de exigențele comunităților locale, s-a aplicat din două motive:

s-a urmărit ca valorile limită ale scalei de evaluare să fie aceleași pentru fiecare criteriu analizat (P = 0 – minim, P = 3 – maxim);

stabilirea limitelor pe baza rezultatelor sondajelor de opinie și acordarea unui punctaj pe baza criteriului C9 este dificilă.

2.2 Matricea de evaluare

Cele 9 criterii stabilite și descrise în subcapitolul 2.1, stau la baza elaborării unei metodologii complexe care permite evaluarea oportunității de inundare a golurilor remanente ale fostelor cariere și care asigură obținerea unor rezultate cu grad ridicat de încredere, ceea ce face ca procesul de recuperare și reabilitare a unui gol remanent să urmeze direcția optimă atât din punct de vedere ecologic, cât și economic.

Evaluarea corespunzătoare oferă indicații privind golurile remanente care se pretează la inundare, asigurând totodată un grad ridicat de securitate și de siguranță a obiectivelor din zonele de influență.

În tabelul 2.5 este prezentată matricea de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente, în care sunt centralizate criteriile de evaluare definite, respectiv punctajele acordate în funcție de caracteristici. La elaborarea matricii au fost luate în considerare numeroase clasificări existente în literatura de specialitate, dar și o serie de evaluări și aprecieri personale realizate pe baza studiilor și cercetărilor efectuate în domeniile Ingineria și Protecția Mediului și Mine, Petrol și Gaze.

Tab. 2.5 Matricea de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor

Tab. 2.5 (continuare)

0 – inoportun; 1 – oportunitate redusă; 2 – oportunitate medie; 3 – oportunitate ridicată;

Matricea finală de evaluare are două intrări: criterii de evaluare și perimetre miniere în care se află golurile remanente care sunt supuse evaluării oportunității de inundare. Matricea de evaluare are următoarea formă (tabelul 2.6):

Tab. 2.6 Matricea finală de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente

*punctajul final se calculează ca medie aritmetică a punctajelor obținute în funcție de criteriile de evaluare;

În matrice s-a introdus o linie suplimentară pentru centralizarea punctajului final, punctaj care este dat de media aritmetică a punctajelor individuale, obținute în funcție de fiecare criteriu de evaluare pentru fiecare gol remanent analizat. În funcție de valoarea finală (punctajul final) s-a stabilit următoarea scală de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente:

0 ÷ 0,99 – inoportun;

1 ÷ 1,99 – oportunitate redusă;

2 ÷ 2,49 – oportunitate medie;

2,5 ÷ 3 – oportunitate majoră.

Având în vedere durata rămasă de exploatare a lignitului în perimetrele existente în prezent în Bazinul minier Rovinari și importanța recuperării terenurilor degradate, se urmărește evaluarea, diversificarea și chiar combinarea posibilităților de reutilizare în scopul dezvoltării durabile a regiunii prin crearea unui lac care poate prelua diferite funcțiuni. Avantajele ecologice nu sunt suficiente pentru dezvoltarea durabilă a unei regiuni, astfel că cercetările corespunzătoare permit alegerea celor mai adecvate tipuri de reutilizare, pentru a completa lista cu beneficii și din punct de vedere economic, social, cultural etc.

CAPITOLUL 3

EVALUAREA OPORTUNITĂȚII DE INUNDARE A GOLURILOR REMANENTE ALE CARIERELOR DIN BAZINUL MINIER ROVINARI

Metodologia propusă și descrisă anterior pentru evaluarea oportunității de inundare a golurilor remanente a fost aplicată și verificată pentru cazul carierelor care aparțin de Bazinul Minier Rovinari.

Carierele Balta Unchiașului, Cicani, Beterega, Urdari și Peșteana Sud și-au încetat activitatea. Unele goluri remanente au fost inundate, altele reintegrate în peisaj, în mod natural, iar altele reutilizate, în general pentru depunerea zgurii și cenușei provenite de la Termocentrala Rovinari. Având în vedere starea actuală a golurilor remanente, acestea au fost excluse din analiză.

În Bazinul Minier Rovinari, funcționează în prezent 5 unități miniere de carieră (U.M.C.): Rovinari, Tismana, Pinoasa, Roșia de Jiu și Peșteana Nord. Ținând cont de criteriile stabilite și de complexitatea metodologiei și a metodelor de evaluare, golurile remanente ale carierelor din bazinul Rovinari se vor evalua în continuare în funcție de fiecare criteriu.

Morfologia, geomorfologia și orografia amplasamentului (C1)

Din punct de vedere geomorfologic în regiunea bazinului minier Rovinari sunt cunoscute unități ale Subcarpaților și Podișului Getic.

Predomină relieful mixt (colinar și de luncă) în trei perimetre: Rovinari, Tismana și Roșia de Jiu, luncă în perimetrul Peșteana Nord și colinar în perimetrul Pinoasa (tabelul 3.1).

Tab. 3.1 Identificarea amplasamentului golurilor remanente ale carierelor din bazinul Rovinari în funcție de relief

*0 – inoportun; 1 – oportunitate redusă; 2 – oportunitate medie; 3 – oportunitate ridicată

Zăcămintele se află integral sau parțial sub nivelul terenului înconjurător. Probabilitatea de a rezulta un gol remanent după încetarea activității de exploatare este relativ ridicată în 3 dintre cele 5 perimetre miniere analizate.

Configurația golului remanent (C2)

Criteriul de evaluare C2 ține cont de adâncimea golului remanent. În tabelul 3.2 sunt redate adâncimile actuale ale carierelor din bazinul Rovinari.

Trebuie menționat faptul că, în cazul carierelor Pinoasa și Roșia de Jiu, probabilitate de apariție a unui gol remanent este relativ redusă ca urmare a extinderii carierelor în zone colinare, respectiv a extinderii haldelor interioare, care până la finalul activității pot reduce considerabil adâncimea finală a golurilor (în condițiile în care halda interioară acoperă vatra și o parte din taluzurile in-situ ale carierei) sau pot umple în totalitate golul remanent. (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019) În consecință, pentru cele 2 goluri remanente, s-a apreciat că adâncimea finală va fi medie, acestea prezentând oportunitate medie de inundare.

Tab. 3.2 Adâncimea golurilor remanente ale carierelor din bazinul Rovinari

În cazul carierelor Rovinari, Tismana și Peșteana Nord adâncimea golului remanent nu va prezenta variații semnificative până la încetarea activității, deci se poate lua în considerare pentru evaluare adâncimea actuală.

Necesitatea refacerii resurselor acvifere (C3)

Pentru stabilirea necesității de refacere a resurselor acvifere din zona Bazinului Minier Rovinari, s-a procedat la studierea tipurilor de utilizare a terenurilor adiacente fiecărei cariere. În funcție de tipul de utilizare a terenurilor adiacente și de cerințele acestora față de apă, s-a evaluat oportunitatea de inundare a golului remanent (tabelul 3.3).

Tab. 3.3 Necesitatea refacerii resurselor acvifere

Necesitatea apariției în zonă a unei oglinzi de apă (C4)

Specificul economic al județului Gorj este unul industrial-agrar. Economia orașului Rovinari și a satelor care s-au dezvoltat în Bazinul Minier Rovinari are ca promotor industria extractivă și cea producătoare de energie electrică prin arderea cărbunelui, la care se adaugă agricultura. Aceasta din urmă este o ramură economică neperformantă în prezent, ca urmare a faptului că suprafața agricolă este de calitate medie și se practică o agricultură de subzistență, cu tehnologii și utilaje învechite. Turismul se află în fază incipientă, dar prezintă un potențial apreciabil de dezvoltare. (***, H.C.J. nr. 18, 2012)

Având în vedere faptul că activitatea minieră se apropie de final, în regiunea studiată s-au luat în considerare ca domenii principale de activitate, agricultura și turismul (tabelul 3.4).

Lacul format în golul remanent al unei cariere poate fi amenajat în scopul desfășurării activităților de agrement și recreere, a dezvoltării turismului, o ramură importantă a economiei.

Tab. 3.3 Domeniul de activitate specific regiunii Rovinari

Având în vedere cerințele majore de apă ale culturilor agricole și perioadele secetoase înregistrate în regiune, apariția unei oglinzi de apă are numeroase beneficii, reprezentând o sursă suplimentară de apă pentru irigarea culturilor din regiune. (Apostu and Lazăr, Tiimișoara, 2017)

Hidrologia și hidrogeologia regiunii (C5)

Oportunitatea de inundare a golurilor remanente ale carierelor din bazinul Rovinari se va evalua ținând cont de următoarele aspecte: alimentarea din precipitații și din formațiunile acvifere și de permeabilitatea rocilor haldate.

Alimentarea din precipitații (C5.1)

Cunoașterea cantităților de apă provenită din precipitații și de apă evaporată permite estimarea cantității de apă din precipitații care contribuie la inundarea golului remanent. Totuși, este dificilă determinarea cantității de apă evaporată de pe suprafața unui lac aflat în formare.

Pentru a putea estima contribuția precipitațiilor la inundarea golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Rovinari, au fost luate în considerare valorile precipitațiilor medii anuale și a evapotranspirației de referință (evapotranspirația potențială), înregistrate în zona orașului Rovinari (figura 3.1). Valoarea evapotranspirației este dată de suma cantităților de apă care ajung în atmosferă sub formă de vapori prin procesele de evaporare și transpirație. Deci, ca valoare, evaporarea este mai mică decât evapotranspirația, iar utilizarea celei din urmă în calcule, oferă informații relative, dar satisfăcătoare.

Fig. 3.1 Precipitațiile medii anuale (stânga), evapotranspirația potențială (dreapta) (Păltineanu et al., 2007)

Cantitățile medii anuale ale precipitațiilor și evapotranspirației potențiale, în zona studiată, au înregistrat valori de aproximativ 750 mm/m2, respectiv 730-740 mm/m2 (tabelul 3.5). Rezultă, deci un excedent de apă din precitații, de aproximativ 10-20 mm/m2/an.

Conform scalei de evaluare, la evaluarea oportunității de inundare a celor 5 goluri remanente ale carierelor din Rovinari, din punct de vedere al contribuției precipitațiilor la inundare, se va acorda punctajul maxim, P = 3, întrucât se încadrează în condițiile date: cantitatea de precipitații mai mare decât cea a evapotranspirației potențiale, de unde rezultă un excedent de apă care contribuie la inundarea golului remanent.

Tab. 3.5 Alimentarea din precipitații

Având în vedere amplasarea celor 5 cariere, distanța relativ mică dintre ele, condițiile climatice asemănătoare, evaluarea în funcție de criteriul C5.1 poate fi considerată irelevantă deoarece, în cazul de față, nu se diferențiază prin punctaj. Evaluarea oportunității de inundare a unui gol remanent în funcție de criteriul C5.1 are o relevanță mai mare în condițiile în care obiectivele (golurile remanente) studiate sunt amplasate în regiuni diferite caracterizate de condiții climatice diferite.

Alimentarea din formațiunile acvifere (C5.2)

În capitolul 1, subcapitolul 1.2, s-a realizat caracterizarea hidrogeologică a perimetrelor miniere și încadrarea lor în clasificarea hidrogeologică complexă propusă în literatura de specialitate (Rotunjanu and Lazăr, 2014), fiind luate în considerare valorile mai puțin favorabile. Privind în ansamblu perimetrele active din bazinul Rovinari întâmpină, în general, condiții hidrogeologice grele și foarte grele.

Caracterizarea hidrogeologică a perimetrelor miniere și evaluarea oportunității de inundare s-a făcut ținând cont de valoarea coeficientului afluxului de apă, valoare care diferă de la un perimetru la altul. Conform scalei de evaluare stabilite, s-a acordat și punctajul corespunzător, punctaj care va folosi la evaluarea finală a oportunității de inundare a golurilor remanente (tabelul 3.6).

Tab. 3.6 Alimentarea din formațiunile acvifere (în funcție de coeficientul afluxului de apă)

*Clasa I – condiții hidrogeologice simple; II – condiții hidrogeologice medii; III – condiții hidrogeologice grele; IV – condiții hidrogeologice foarte grele

Dezvoltarea zăcămintelor în zona de luncă a râului Jiu, respectiv într-o regiune cu orizonturi acvifere de dimensiuni impresionante, are o influență negativă majoră în perioada de exploatare (costurile mari necesare efectuării lucrărilor de asecare a formațiunilor acvifere pentru valorificarea cât mai completă a rezervei de lignit în condiții de siguranță), dar o influență pozitivă în condițiile refacerii resurselor acvifere și inundării golurilor remanente, întrucât asigură desfășurarea acestor procese în mod natural, fără a implica investiții financiare majore.

Permeabilitatea rocilor (C5.3)

În materialul steril care formează coperta și intercalațiile sterile predomină argilele și nisipurile, precum și amestecuri din aceste roci care determină, în funcție de proporții, denumirea de argile nisipoase sau de nisipuri argiloase, la care se mai adaugă praful argilos. (Huidu, 2012)

Zăcământul de lignit din Oltenia se află într-o regiune în care se dezvoltă exclusiv formațiunile geologice tinere constituite din marne și argile (50-70%), nisipuri (5-20%) și sol vegetal (5-20%), formațiuni în care sunt cantonate stratele de lignit (tabelul 3.7). (Lazăr, 1998)

Tab. 3.7 Permeabilitatea rocilor

Deci, din punct de vedere al permeabilității rocilor din perimetrele miniere ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari, întâlnim roci predominant acviclude (argile, marne), punctajul acordat în funcție de acest criteriu fiind P = 2.

Condiții de stabilitate ale taluzurilor definitive ale golului remanent (C6)

Din Bazinul Carbonifer Oltenia, Bazinul Minier Rovinari prezintă cele mai sigure perimetre miniere din punct de vedere al condițiilor de stabilitate.

Spre deosebire de celelalte bazine miniere, în Bazinul Rovinari nu s-au înregistrat alunecări de teren de mari dimensiuni, ci doar alunecări superficiale, care nu au pus în pericol siguranța oamenilor și/sau a utilajelor din perimetrele miniere.

În cariera Rovinari, s-au semnalat recent (2017) câteva alunecări de teren care au atras atenția specialiștilor. În rest, s-au evidențiat în fiecare perimetru minier zone de eroziune, zone sufozionare sau zone cu crăpături sau fisuri. În aceste cazuri s-a intervenit prin aplicarea măsurilor de nivelare și compactare în vederea creșterii stabilității și a evitării fenomenelor nedorite.

Conform unor analize de stabilitate anterioare, efectuate pentru taluzurile haldei interioare a carierei Tismana, a rezultat o valoare a factorului de stabilitate egală cu 1,179 (obținută prin metoda lui Janbu) în cazul taluzurilor individuale și o valoare > 3 pentru taluzurile generale (sudic și nordic). (Smeu, 2012) Deși Fs = 1,179 este o valoare supraunitară, teoretic taluzul fiind stabil, normativele în vigoare și cercetătorii recomandă o valoare minimă a coeficientului de stabilitate pentru taluzurile definitive de 1,25 – 1,5, motiv pentru care este necesară aplicarea măsurilor de retaluzare în scopul creșterii rezervei de stabilitate. (***, MMPS, 1997; Rotunjanu, 2005)

În anul 2015, firma Geoconsulting a realizat un studiu de stabilitate pentru treptele in-situ din zona colinară a carierei Roșia de Jiu. În condiții dinamice, condiții mai puțin favorabile, valoarea factorului de stabilitate este de 1,32, deci taluzul este considerat stabil. (Mihai and Onescu, 2015)

Având în vedere faptul că, în general, valorile obținute în condiții dinamice au depășit limita de 1,5, se poate considera că taluzurile in-situ prezintă stabilitate ridicată, cu probabilitate redusă de alunecare.

Pe baza cercetării și documentării efectuate, a observațiilor și informațiilor obținute în teren, privind rezerva de stabilitate a taluzurilor in-situ și de haldă din perimetrele miniere studiate, s-a constatat că, în general, taluzurile sunt stabile, probabilitatea de alunecare fiind foarte mică. (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019; Smeu, 2012; Mihai and Onescu, 2015)

În tabelul 3.8 s-a realizat încadrarea taluzurilor in-situ și de haldă ale perimetrelor miniere din Rovinari în clasele de stabilitate în funcție de caracteristici și gradele de stabilitate.

Tab. 3.8 Încadrarea taluzurilor definitive în clasele de stabilitate

Conform scalei de evaluare stabilite, s-a acordat punctajul corespunzător pentru taluzurile in-situ și de haldă ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari. Pentru evaluarea finală a oportunității de inundare a golurilor remanente se vor lua în considerare punctajele obținute la evaluarea stabilității taluzurilor de haldă, întrucât valorile sunt mai puțin favorabile, ceea ce sporește implicarea în direcția siguranței și securității obiectivelor din zona de influență (tabelul 3.9).

Tab. 3.9 Condiții de stabilitate ale taluzurilor definitive

Având în vedere faptul că analiza condițiilor de stabilitate s-a realizat pe baza analizelor și studiilor existente, efectuate în anii anteriori, pentru golul remanent care prezintă cea mai ridicată oportunitate de inundare se va realiza un studiu de caz care va include modelarea golului remanent și evaluarea stabilității taluzurilor pentru a spori gradul de securitate și siguranță al obiectivelor din zona de influență.

Accesibilitate și distanță față de zonele de interes (C7)

Principalele drumuri care străbat Bazinul Minier Rovinari și care se află în apropierea golurilor remanente ale carierelor sunt:

– drumul național DN66 – drum cu îmbrăcăminți permanente, deschise circulației publice, acces facil, trafic intens;

– drumul județean DJ674 – drum cu îmbrăcăminți semipermanente, deschise circulației publice, ușor accesibile, trafic redus sau mediu;

– drumul comunal DC73 – drumuri cu îmbrăcăminți semipermanente, deschise circulației publice, trafic redus. De la aceste drumuri legătura cu golurile remanente se realizează prin intermediul drumurilor de pământ, neamenajate, închise circulației publice.

Accesibilitate – Existența și starea căilor de acces (C7.1)

Conform hărții calității drumurilor din România (figura 3.2), starea drumului național DN66 este excelentă, în schimb drumurile de acces ce pornesc din DN66 către golurile remanente sunt neîntreținute și greu circulabile.

Fig. 3.2 Starea drumurilor (***, 2018)

În tabelul 3.10 sunt redate posibilitățile de acces către perimetrele miniere din Bazinul Rovinari fiind caracterizate drumurile de legătură dintre perimetrele miniere și drumul principal din regiune, în cazul de față DN66.

Tab. 3.10 Posibilitățile de acces către perimetrele miniere din Bazinul Rovinari

*distanța de la golul remanent la căile de acces,

Având în vedere că drumurile de legătură dintre golurile remanente ale carierelor din bazinul Rovinari și drumurile principale sunt de același rang și au aceeași calitate, diferențierea punctajului s-a făcut ținând cont de lungimea drumurilor de legătură (drumurile de pământ, neamenajate, închise circulației publice), astfel că cele mai scurte drumuri de legătură au primit un punctaj favorabil, întrucât costurile privind modernizarea acestora sunt mai reduse.

Distanța față de zonele de interes (C7.2)

Pentru evaluarea oportunității de inundarea a unui gol remanent se iau în considerare cele mai apropiate zone de interes (tabelul 3.11), pentru care noua utilizare a terenului poate aduce beneficii din punct de vedere ecologic și economic.

Tab. 3.11 Distanța față de zonele de interes

În cazul perimetrului minier Peșteana Nord, care se află la 10-12 km de orașul Rovinari și la aprox. 1 km de satele Peșteana Jiu, Valea cu Apă, Hotăroasa, Bălteni, Cocoreni, Urdari ș.a., pentru evaluarea finală a oportunității de inundare s-au luat în considerare zonele de interes aflate la distanța cea mai mică și s-a atribuit punctajul corespunzător.

Investiții pentru recuperarea și reabilitarea golului remanent (C8)

Pentru evaluarea costurilor de redare în circuitul ecologic prin inundarea golului remanent s-au luat în considerare posibilitățile de inundare a golului, măsurile necesare pentru stabilizarea, modelarea, revegetarea terenului și posibilitățile de reutilizare, modernizare a construcțiilor existente (clădiri, hale, depozite etc.) sau de construire a unor noi obiective (tabelul 3.12).

Tab. 3.12 Investiții necesare pentru inundarea golurilor remanente ale carierelor din bazinului Rovinari

Estimarea costurilor totale se poate face doar în momentul în care se stabilește varianta finală de reutilizare a terenului degradat.

Exigențele populației (C9)

Evaluarea oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor din bazinul Rovinari s-a realizat ținând cont de rezultatele parțiale obținute în urma efectuării unui sondaj online, la nivel regional, pe un număr de 138 persoane.

Chestionarul cuprinde 5 întrebări privind alegerea tipului de reutilizare a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Rovinari, ținând cont de nevoile individului și ale comunităților locale, de importanța dezvoltării socio-economice a regiunii și a refacerii mediului înconjurător, toate aceste aspecte fiind văzute din punctul de vedere al respondentului. Pentru alegerea tipului de reutilizare a golurilor remanente din cele 5 perimetre miniere din Bazinul Rovinari s-au oferit 5 variante de răspuns: depozit de deșeuri, lac de carieră, agricultură, silvicultură sau muzeu industrial ori alte atracții culturale.

Răspunsurile (figura 3.3) au fost analizate și s-a observat faptul că respondenții au avut opinii împărțite în ceea ce privește direcțiile de reutilizare a golurilor remanente.

Fig. 3.3 Rezultatele parțiale ale sondajului (efectuat online)

Rezultatele au fost centralizate în tabelul 3.13 și s-a realizat o ierarhie a exigențelor populației privind tipul de reutilizare a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari.

Tab. 3.13 Ierarhia exigențelor populației privind tipul de reutilizare a golurilor remanente

Conform răspunsurilor înregistrate, rezultă că populația consideră că pentru dezvoltarea durabilă a regiunii, următoarele tipuri de reutilizare a golurilor remanente ale carierelor sunt oportune și corespund cel mai bine intereselor urmărite:

pentru golul remanent al carierei Tismana populația recomandă inundarea și crearea unui lac care poate prelua diferite funcțiuni;

pentru golul remanent al carierei Rovinari populația recomandă crearea unui depozit controlat de deșeuri;

pentru golul remanent al carierei Pinoasa populația recomandă practicarea silviculturii;

pentru golul remanent al carierei Roșia de Jiu populația recomandă crearea unui muzeu industrial;

pentru golul remanent al carierei Peșteana Nord populația recomandă inundarea și crearea unui lac care poate prelua diferite funcțiuni.

În funcție de tipul de reutilizare care interesează în condițiile evaluării oportunității de inundare a unui gol remanent și anume “lac de carieră (care poate prelua diferite funcțiuni)” și de poziția acestuia în ierarhia exigențelor populației, punctajul acordat pentru evaluarea finală a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari este redat în tabelul 3.14.

Tab. 3.14 Poziția variantei “lac de carieră” în ierarhia exigențelor populației privind tipul de reutilizare a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari

Punctajele obținute pentru golurile remanente ale carierelor din Bazinul Rovinari în funcție de criteriile de evaluare au permis crearea matricei finale de evaluare (tabelul 3.15). S-au determinat punctajele finale care stau la baza evaluării oportunității de inundare a golurilor remanente prin calculul mediei aritmetice.

Pe baza matricei finale de evaluare s-a stabilit o ierarhie a oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Rovinari (tabelul 3.16), conform scalei stabilite: 0 ÷ 0,99 – inoportun; 1 ÷ 1,99 – oportunitate redusă; 2 ÷ 2,49 – oportunitate medie; 2,5 ÷ 3 – oportunitate majoră.

Tab. 3.15 Matricea finală de evaluare a oportunității de inundare

C1 – Morfologia, geomorfologia și orografia amplasamentului; C2 – Configurația golului remanent; C3- Necesitatea refacerii resurselor acvifere; C4- Necesitatea apariției în zonă a unei oglinzi de apă; C5- Hidrologia și hidrogeologia regiunii; C5.1- Alimentarea din precipitații; C5.2- Alimentarea din formațiunile acvifere; C5.3- Permeabilitatea rocilor haldate; C6- Condiții de stabilitate ale taluzurilor definitive ale golului remanent; C7- Accesibilitate și distanță față de zonele de interes; C7.1- Accesibilitate – existența și starea căilor de acces; C7.2- Distanța față de zonele de interes; C8- Investiții pentru recuperarea și reabilitarea golului remanent; C9- Exigențele populației;

Tab. 3.16 Ierarhia oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari

Conform matricei de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari rezultă că golul remanent al carieri Peșteana Nord prezintă oportunitate majoră de inundare, golurile remanente ale carierelor Roșia de Jiu, Tismana și Rovinari prezintă oportunitate medie de inundare, iar golul remanent al carierei Pinoasa prezintă oportunitate redusă de inundare.

Având în vedere rezultatele evaluării oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari, dar și perioada de activitate a carierelor, în scopul identificării riscurilor geotehnice asociate inundării s-a ales efectuarea unui studiu de caz în condițiile carierei Peșteana Nord. Întrucât, la evaluarea condițiilor de stabilitate a taluzurilor in-situ și de haldă a carierei Peșteana Nord, s-au luat în considerare analize și studii efectuate în anii anteriori, se vor realiza noi studii de stabilitate în vederea evaluării rezervei de stabilitate și a riscului geotehnic, având scopul de a asigura securitatea obiectivelor din zonele de influență.

PARTEA a II-a

CERCETĂRI, STUDII ȘI ANALIZE PRELIMINARE NECESARE EVALUĂRII RISCURILOR GEOTEHNICE. STUDIU DE CAZ: GOLUL REMANENT AL CARIEREI PEȘTEANA NORD

CAPITOLUL 4

DESCRIEREA GOLULUI REMANENT AL CARIEREI PEȘTEANA NORD

Conform evaluării oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul minier Rovinari și a valabilității licenței de exploatare, a rezultat că golul remanent al carierei Peșteana Nord prezintă oportunitate majoră de inundare. În acest sens, se aduc o serie de completări la descrierea generală realizată în capitolul 1 a perimetrului minier Peșteana Nord.

4.1 Amplasarea perimetrului minier Peșteana Nord și descrierea obiectivelor din zonă

Perimetrul carierei Peșteana Nord face parte din vechiul perimetru de explorare Peșteana – Olari – Plopșoru și aparține din punct de vedere administrativ de județul Gorj, fiind situat pe raza comunelor Urdari și Bâlteni.

Cariera Peșteana Nord a fost deschisă în zona traversată de albia râului Jiu înainte de regularizarea acestuia și cuprinde lunca Jiului cu lățimea de aproximativ 2 km, având cote cuprinse între +137 m și +155 m, cu înclinări spre est, spre vest (spre albia Jiului) și spre sud (figura 4.1). (***, Acord de mediu Peșteana Nord, 2016)

Fig. 4.1 Perimetrul minier al carierei Peșteana Nord (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

Din punct de vedere climatic, perimetrul minier Peșteana Nord se află într-o regiune cu un climat temperat continental cu influențe ale maselor de aer cald-uscat, cu aspect foehnal. Temperatura medie anuală este de cca. 10°C, cu variații în funcție de anotimp. Cantitatea de precipitații variază în jurul valorii de 750 mm/m2/an. Vânturile prezintă intesitate normală, direcția dominantă a vânturilor fiind NE-SV. (***, H.C.L. nr.28, 2010)

Perimetrul Peșteana Nord este caracterizat de o rețea hidrografică foarte bogată: Valea Zătreana, Valea cu Apă, Hotăroasa, Valea Plopului, Calugăreni, Valea Mânăstirii pe versantul drept și Valea Bâltenilor, Cioiana, Valea Cocorenilor și Valea Mare pe versantul stâng. (Nanu, 2015) În general, debitul văilor amintite este dependent de precipitațiile atmosferice.

Din punct de vedere al biodiversității, în valea largă a Jiului, în lunca și pe terasele joase apar pajiști de iarbă moale, coada vulpii, pir, trifoi, arbuști, salcâm și mesteacăn, iar în locurile umede asociații hidrofile. Fauna din zonă se caracterizează printr-o mare diversitate, datorită condițiilor specifice ecosistemului de interferență agricol și forestier. Se întâlnesc amfibieni, reptile, păsări (pitulice, privighetori, gaițe, coțofene, ciori, vrabii ș.a.) și mamifere de talie mică (cârtițe, arici, căprior, porc mistreț, vulpe, viezure, iepure de câmp ș.a.). Principalele animale domestice întâlnite în localitățile din zonă sunt: porcine, bovine, caprine, ovine, păsări de curte, câini, pisici. Speciile din fauna locală, speciile cu răspândire largă și abundente, fac parte din categoria „neamenințate cu dispariția”. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

Principalele obiective existente în zonele adiacente perimetrului minier Peșteana Nord sunt reprezentate de gospodăriile individuale și de suprafețele de teren agricol ce aparțin de satele: Valea cu Apă, Peșteana de Jos, Hotăroasa, Urdari, Peșteana Jiu, Cocoreni și Bălteni, la care se adaugă terenuri naturale cu pășuni sau păduri, râul Jiu, numeroase pâraie, rețeaua de drumuri și altele (figura 4.2). Acestea se află la distanțe de aproximativ 50 – 100 m până la 1 km față de perimetrul minier.

Fig. 4.2 Tipul de utilizare a terenurilor adiacente

Având în vedere faptul că unele gospodării individuale sunt amplasate în apropierea perimetrului minier și posibil, chiar în zonele de influență a acestuia, în cazul apariției fenomenelor geotehnice negative riscurile sunt semnificative. De aceea, atât pe perioada exploatării lignitului, cât și după închiderea perimetrului minier, este necesară evaluarea stabilității taluzurilor, dar și evaluarea și diminuarea riscurilor care pot să apară înaintea sau pe perioada inundării golului remanent.

4.2 Configurația finală a golului remanent

Configurația golului remanent se referă la forma acestuia după încetarea exploatării lignitului și este dată de geometria taluzurilor definitive ale carierei și ale haldei interioare. Cele mai importante aspecte care oferă detalii privind configurația golului remanent sunt elementele geometrice ale taluzurilor definitive și adâncimea golului remanent, care variază în funcție de formele de relief specifice amplasamentului și de tehnologiile de exploatare utilizate.

În figura 4.3 se prezintă planul de situație al carierei Peșteana Nord la sfârșitul activității, pe care s-a reprezentat secțiunea de lucru A – A’.

Având în vedere amplasarea și dezvoltarea carierei Peșteana Nord în zona de luncă a râului Jiu, volumul golului remanent va fi egal cu suma dintre volumul de material steril depozitat în halda exterioară și volumul substanței minerale utile extrase.

La sfârșitul activității de exploatare, golul remanent al carierei Peșteana Nord va avea aproximativ următoarele dimensiuni:

– lungimea la suprafața terenului: 1380 m;

– lățimea la suprafața terenului: 950 m ;

– lungimea la vatra carierei: 600 m;

– lățimea la vatra carierei: 50 m;

– unghiul general de taluz al carierei: 10°;

– unghiul general de taluz al haldei: 6°. (***, Documentație I.C.S.I.T.P.M.L., 2018)

Fig. 4.3 Planul de situație final al carierei Peșteana Nord (***, Documentație I.C.S.I.T.P.M.L., 2018)

S-a realizat modelarea 3D a golului remanent al carierei Peșteana Nord (figura 4.4) folosind soft-ul GEOVIA Surpac, cel mai popular software de planificare geologică și minieră, care sprijină operațiunile de explorare și exploatare subterană și la zi. (***, Geovia Surpac Software, 2018)

Fig. 4.4 Modelarea 3D a golului remanent al carierei Peșteana Nord (Apostu and Florea, 2018)

Cu ajutorul soft-ului Geovia Surpac, pe baza modelului creat, s-a determinat volumul golului remanent până la cota 134 m, cota până la care se ridică nivelului hidrostatic al apei din lac (tabelul 4.1).

Tab. 4.1 Total volume and surface area and volumes and surface area by elevation (Apostu and Florea, 2018)

Suprafața oglinzii de apă la cota 134 m este de cca. 528,8 ha, iar volumul golului remanent este de aproximativ 60 milioane m3.

4.2.1 Caracteristicile geometrice ale taluzurilor definitive ale golului remanent Peșteana Nord

Golul remanent al carierei Peșteana Nord este mărginit de 4 trepte in-situ și de 4 trepte de haldă (figurile 4.5 – 4.6). Având în vedere faptul că treptele in-situ, în unele lucrări științifice sunt numerotate în ordinea deschiderii și exploatării, deci de sus în jos (spre vatră), iar în alte lucrări științifice, de jos (de la vatră) în sus, a fost necesară stabilirea exactă a unui aspect și anume numerotarea treptelor definitive. Astfel, în prezenta lucrare, indiferent de documentele și lucrările studiate, numerotarea treptelor se face cu numere romane (I ÷ IV) astfel: treptele haldei interioare sunt numerotate de jos în sus (în ordinea construirii lor), iar treptele in-situ sunt numerotate de sus în jos (în ordinea deschiderii și exploatării lor).

În tabelele 4.2 – 4.3 sunt prezentate valorile caracteristicilor geometrice ale taluzurilor definitive ale golului remanent din perimetrul minier Peșteana Nord (atât valorile proiectate, cât și cele existente la sfârșitul activității). Valorile au fost preluate din documentațiile și planurile de situație puse la dispoziție de către Complexul Energetic Oltenia și de Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit, Craiova. (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019; Documentație I.C.S.I.T.P.M.L., 2018)

Fig. 4.5 Treptele definitive ale carierei Peșteana Nord

Tab. 4.2 Caracteristicile geometrice ale taluzurilor definitive ale carierei

*la modelarea treptelor carierei s-a luat în considerare o lungime de 80 m la partea superioară a treptei IV

Fig. 4.6 Treptele definitive ale haldei interioare din perimetrul Peșteana Nord

Tab. 4.3 Caracteristicile geometrice ale haldei interioare

* măsurată față de fundamentul haldei

**la modelarea treptelor haldei s-a luat în considerare o lungime de 181 m la partea superioară a treptei IV

Măsurătorile s-au efectuat față de orizontală, excepție făcând la treapta I a haldei, la care elementele geometrice, înclinarea și înălțimea taluzului, s-au măsurat atât față de orizontală, cât și față de fundamentul haldei întrucât fundamentul prezintă o ușoară înclinare către treptele carierei, ceea ce poate avea o influență negativă asupra stabilității haldei. De asemenea, înălțimea totală a haldei s-a măsurat în zona de cotă maximă, având ca reper cota fundamentului haldei. Vatra carierei prezintă o înclinare de 2°, dinspre halda interioară înspre treptele definitive ale carierei.

Cunoașterea caracteristicilor geometrice este importantă în vederea determinării stabilității taluzurilor, atât a taluzurilor individuale, cât și a taluzului general care caracterizează sistemul de trepte.

Este esențială cunoașterea valorilor optime ale caracteristicilor geometrice după care sunt construite carierele, respectiv haldele de steril. Aceste valori sunt stabilite în studiile geotehnice. Respectarea acestora permite desfășurarea activităților de exploatare în condiții de maximă siguranță.

4.2.2 Caracteristicile geometrice ale fundamentului haldei interioare

Halda interioară se extinde de la nord la sud odată cu avansarea fronturilor de lucru și acoperă vatra carierei, deci fundamentul haldei este reprezentat de vatra carierei.

Linia fundamentului prezintă variații majore ca urmare a condițiilor geologice și a proiectului de exploatare.

În anul 2018, ca urmare a înrăutățirii condițiilor de exploatare din perimetrul minier, precum și a condițiilor hidrogeologice ca urmare a coborârii cotei culcușului stratului V de lignit, s-a renunțat la exploatarea stratului V de lignit. De asemenea, s-a renunțat și la depunerea sterilului prin transbordare cu mașina de haldat.

Analizând secțiunea A – A’, configurația terenului de bază și a haldei și formațiunile de roci din fundamentul haldei, s-a evidențiat zona sistemului de trepte la care există posibilitatea manifestării fenomenelor geotehnice negative (figura 4.7)

În figura 4.8 este redat profilul geologic integral al perimetrului minier Peșteana Nord în secțiunea A – A’. Elementele geometrice caracteristice fundamentului haldei sunt redate în figura 4.9.

Fig. 4.7 Evidențierea zonei cu risc potențial de alunecare

Fig. 4.8 Profil geologic în secțiune (secțiunea A – A’) – situația finală a perimetrului minier Peșteana Nord (***, Documentație C.E.O., 2016 – 2019)

Fig. 4.9 Fundamentul haldei – valorile caracteristicilor geometrice

4.3 Cercetări și observații pe teren

Perimetrul minier Peșteana Nord se află în exploatare pentru următorii maxim 4 ani. Odată cu înaintarea frontului de lucru și a extinderii haldei interioare apar mereu noi modificări și deformații în perimetrul carierei.

Deformațiile semnalează posibilitatea apariției fenomenelor geotehnice negative. Analiza vizuală reprezintă o etapă importantă din activitatea de evaluare a stabilității terenurilor. Pe baza acesteia se stabilesc zonele cu risc potențial, se evidențiază modificările și deformațiile apărute, posibilele cauze și alte efecte conexe. Cel mai important, pe baza analizei vizuale se stabilesc etapele care vor fi parcurse pentru evaluarea stabilității terenului.

Pentru a putea caracteriza starea tehnică a haldei interioare și a treptelor in-situ ale carierei Peșteana Nord, s-au efectuat numeroase deplasări pe teren și s-a realizat o evaluare vizuală, urmărind în mod special deformațiile care au apărut în timp.

Totodată, aceste deplasări au avut ca scop colectarea de date și informații cu privire la caracteristicile geometrice și geotehnice ale rocilor din perimetru, eventualele fenomene de alunecare (superficiale sau profunde) care s-au manifestat în timp și cauzele acestora.

În ceea ce privește starea tehnică a haldei și carierei din perimetrul minier Peșteana Nord, conform analizelor vizuale efectuate se pot enumera următoarele aspecte:

Ca urmare a perioadelor cu precipitații în exces și a perioadelor specifice topirii zăpezilor, au apărut unele alunecări superficiale pe taluzurile carierei și ale haldei (figura 4.10), dar acestea nu au afectat sub nicio formă stabilitatea de ansamblu a acetora. Cauza acestor alunecări este reprezentată de creșterea umidității rocilor și implicit, a greutății volumetrice, ceea ce determină o reducere a rezervei de stabilitate.

Fig. 4.10 Alunecări superficiale pe taluzul carierei

S-au evidențiat numeroase zone de eroziune, în general rigole (figurile 4.11 – 4.12), formate ca urmare a scurgerii superficiale a apei din precipitații. Aceste modificări superficiale sunt remediate pe măsură ce avansează frontul de lucru.

Fig. 4.11 Fenomene de eroziune pluvială – Rigole pe taluzul haldei

Fig. 4.12 Fenomene de eroziune pluvială – Rigole pe taluzul vestic al carierei

Drenarea naturală a formațiunilor acvifere prin taluzurile treptelor carierei a favorizat manifestarea fenomenului de sufoziune. Ca urmare, au apărut zone sufozionare pe taluzurile treptelor III și IV ale carierei (figura 4.13). În general, aceste zone au fost de dimensiuni mici și medii, și nu au afectat lucrările miniere sau stabilitatea treptelor de carieră. Aceste tipuri de modificări sunt remediate pe măsură ce avansează frontul de lucru. S-a observat însă, că odată cu avansarea fronturilor de lucru, sub influența curenților acviferi care antrenează în mod constant particulele fine din formațiunile de roci, apar noi astfel de zone sufozionare. Așadar, este necesară evaluarea riscului de sufoziune și aplicarea măsurilor corespunzătoare pentru eliminarea acestui tip de risc geotehnic.

Fig. 4.13 Zone sufozionare pe treapta a IV-a a carierei

În urmă cu aproximativ 1 an și jumătate, pe taluzul estic al carierei a avut loc o alunecare de teren superficială care a afectat structura drumului de pe conturul carierei (figura 4.14). De atunci, tot mai multe alunecări de acest tip au avut loc pe taluzul estic. Cauzele acestor alunecări au fost reprezentate de precipitațiile abundente și de infiltrațiile majore provenite din râul Jiu.

Fig. 4.14 Alunecare de teren superficială pe taluzul estic al carierei (anul 2018)

Pe bermele treptelor de haldă s-au evidențiat fisuri și crăpături de tensiune (figurile 4.15 – 4.16). Deși aceste modificări pot fi puse pe seama perioadelor mai lungi fără precipitații, în general, ele semnalează posibilitatea apariției unor alunecări de teren, astfel că se recomandă monitorizarea acestora.

Fig. 4.15 Crăpături evidențiate pe berma treptei a II-a a haldei

Fig. 4.16 Fisură în treapta a III-a a carierei

Analizând planurile de situație, s-a observat că există unele diferențe între geometria proiectată și cea existentă, în special la unghiurile de taluz ale treptelor de haldă, care depășesc intervalul de valori prevăzut în proiect (18 – 27°). S-a observat că materialul steril este depus în haldă sub un unghi de taluz natural, a cărui valoare variază în funcție de natura amestecului de roci sterile, ajungând în multe cazuri până la 45-50° (figura 4.17). Ca urmare a metodelor de exploatare aplicate și a utilajelor folosite, unghiul de taluz pentru treptele carierei atinge valori de până la 60 – 75° sau chiar mai mari (figurile 4.18 – 4.19). S-a constatat, de la o vizită la alta, că nu se aplică practicile de reducere a înclinării taluzurilor, cel mai probabil pe considerentul că frontul de lucru, respectiv halda interioară, avansează în mod continuu și suficient de rapid, deci treptele cu această geometrie au durate mici de serviciu. Cu toate acestea, nerespectarea valorilor proiectate ale elementelor geometrice poate favoriza apariția fenomenelor geotehnice negative chiar și în acest caz.

Fig. 4.17 Înclinarea taluzurilor haldei pe perioada de activitate

Fig. 4.18 Înclinarea taluzurilor carierei pe perioada de activitate (vedere de pe vatra carierei)

Fig. 4.19 Înclinarea taluzurilor carierei pe perioada de activitate (vedere de pe taluzul estic al carierei)

Ca urmare a refacerii nivelului hidrostatic al apelor după inundarea în mod natural și necontrolat a golului remanent al carierei Peșteana Sud, s-au semnalat probleme privind inundarea subsolurilor și beciurilor unor gospodării, pe o rază de până la 30 km distanță de fostul perimetru minier. Aceste aspecte vor fi atent urmărite în cazul carierei Peșteana Nord, pentru a evalua posibilitățile de inundare și de refacere a resurselor acvifere fără a întâmpina probleme de acest tip.

Lățimea vetrei carierei este foarte mică, între 50 – 100 m, ca urmare a faptului că se află în zona unui acvifer sub presiune, zonă în care grosimea ecranului protector format din marne și gresii, este redusă (2 – 3 m, pe alocuri 4 m). În aceste condiții, pentru a reduce riscul de rupere a stratului protector și de inundare a lucrărilor miniere, s-a stabilit că halda interioară trebuie să se extindă cât mai mult posibil către fronturile de excavare în scopul creșterii rezistenței ecranului protector. (Apostu et al., Analele UPET, 2018)

Conform literaturii de specialitate, la determinarea geometriei taluzurilor de lucru, respectiv a taluzurilor definitive, trebuie să se țină seama de o serie de criterii, precum importanța economică și socială a obiectivului și de timpul de rămânere pe loc a acestuia. Astfel, pentru durate mici de serviciu, cum ar fi pentru taluzurile de lucru dintr-un perimetru minier, se acceptă valori reduse ale factorului de stabilitate, pe considerentul că viteza de avansare a fronturilor nu permite formarea unor suprafețe de alunecare, însă pentru durate foarte mari de serviciu, adică pentru taluzurile definitive, valoarea rezervei de stabilitate trebuie să fie acoperitoare, astfel încât să nu apară fenomene de instabilitate în timp. (Fodor, 1980; Rotunjanu, 2005)

Având în vedere comportamentul rocilor din treptele carierei și haldei interioare din perimetrul minier Peșteana Nord, se recomandă atenție sporită și intervenție adecvată pentru cazul taluzurilor definitive care au o perioadă de serviciu mult mai mare decât taluzurile de lucru, de ordinul zecilor de ani, pentru creșterea rezervei de stabilitate și a gradului de siguranță al obiectivelor din zonele de influență. (Apostu et al., Analele UPET, 2018)

CAPITOLUL 5

CARACTERISTICILE HIDROLOGICE ȘI HIDROGEOLOGICE ȘI POSIBILITĂȚI DE INUNDARE A GOLULUI REMANENT AL CARIEREI PEȘTEANA NORD

Cunoașterea caracteristicilor hidrologice și hidrogeologice ale unei regiuni permite evaluarea disponibilității de apă și a posibilității de inundare a golului remanent, însă mai mult decât atât prezintă o importanță deosebită în contextul problemelor geotehnice, întrucât apa din roci influențează negativ stabilitatea taluzurilor.

Identificarea și caracterizarea corpurilor de apă subterană s-a făcut conform Raportului de mediu – APM Gorj și Planului de Management al B.H. Jiu 2016-2021 – D.A. Jiu Craiova (***, RM, 2017; ***, PMBH Jiu, 2016-2021), pe baza următoarelor criterii: geologic, hidrodinamic, starea corpului de apă, calitativă și cantitativă.

Criteriul geologic, intervine nu numai prin vârsta depozitelor purtătoare de apă, ci și prin caracteristicile petrografice, structurale sau capacitatea și proprietățile lor de a înmagazina apa. Au fost delimitate și caracterizate astfel, corpuri de apă subterană de tip poros și carstic-fisural.

Criteriul hidrodinamic se referă la extinderea corpurilor de apă. Astfel, corpurile de apă freatică au extindere numai pana la limita bazinului hidrografic, care corespunde liniei de cumpănă a acestora, în timp ce corpurile de adâncime se pot extinde și în afara bazinului.

Litologic, complexul acvifer se caracterizează prin existența în bază a unor nisipuri cu rare elemente de pietrișuri, spre partea superioară stratele acvifere au o granulometrie mai fină (nisipuri și nisipuri fine) fiind separate de orizonturi impermeabile argiloase. Culcușul complexului acvifer Dacian este format din marne și argile ponțiene sau din marne și nisipuri meoțiene. Rocile poroase, nisipuri, nisipuri argiloase, prafuri nisipoase, trec treptat în roci impermeabile astfel încat frecvent delimitarea lor riguroasă este foarte dificilă. Orizonturile acvifere din complexul cărbunos nu au o răspândire continuă, forajele de cercetare punând în evidență caracterul lor lentiliform.

Urmărind taluzurile carierei Peșteana Nord (pe perioada de exploatare) s-au constatat următoarele: exploatarea se efectuează în 4 trepte de excavații, stratul V de lignit este extras pe toată lungimea frontului de excavare, s-a observat faptul că prin treptele I și II ale carierei are loc drenarea naturală a apelor subterane, taluzurile au pante abrupte și se observă litologia preponderent nisipoasă.

Zonele de răspândire a orizonturilor acvifere din complexul productiv, au fost conturate pe baza datelor tuturor forajelor de explorare, geologice și hidrogeologice executate.

5.1 Cartarea geologică și hidrogeologică

Corpurile de apă subterană care se dezvoltă în zona studiată sunt “Corpul de apă subterană ROJI05 Lunca și terasele Jiului” și “Corpul de ape subterane de adâncime din formațiunile pliocene – cod ROJI07” (figura 5.1).

Orizonturile acvifere identificate prin lucrările de explorare hidrogeologică în cadrul perimetrului Peșteana Nord au fost clasificate, în funcție de condițiile de zăcământ, în strate acvifere cu nivel liber (freatice) și strate acvifere sub presiune cu nivele ascensionale sau arteziene.

Orizontul acvifer freatic se prezintă în general cu nivel liber, dar au fost puse în evidență și zone sub presiune ca urmare a variației poziției stratigrafice și ecranării parțiale a acestuia. Orizontul acvifer freatic este cantonat în depozitele aluvionare cuaternare din lunca și terasele văii Jiului și afluenților săi, precum și în conurile de dejecție ale pâraielor din zonă, denumite nisipurile, pietrișurile și bolovănișurile din Tetoiu, din formațiunea de Cândești, complexul de Bălcești. Grosimea totală a depozitelor este de 5,2 – 20,4 m, grosimea rocilor colectoare fiind de 3,67-14,2 m. În general depozitele aluvionare ale luncii și teraselor Jiului prezintă o mare varietate atât pe verticală, cât și pe orizontală. Variația mare a parametrilor curgerii (q, k) atestă o neomogenitate accentuată a constituției granulometrice.

Fig. 5.1 Delimitarea corpurilor de apă subterană atribuite Administrației Bazinale de Apă Jiu (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

Corpul de apă subterană de adâncime, de vârstă Daciană, este cantonat în roci de tip poros-permeabil. Complexul acvifer al Dacianului este constituit la partea sa inferioară din nisipuri fine, cu frecvente concrețiuni grezoase care trec spre partea superioară la nisipuri fine cu intercalații argiloase. Culcușul complexului acvifer al Dacianului este constituit din marnele și argilele ponțiene. Acoperișul complexului acvifer Dacian, acolo unde se găsesc depozite Romaniene, este constituit din argilele și marnele acestui etaj.

În perimetrul Piemontului Getic complexul acvifer Dacian se întâlnește la adâncimi reduse în jumătatea vestică a perimetrului, adâncimi ce cresc treptat spre est. De asemenea, s-a constatat o creștere continuă a grosimii depozitelor Daciene și de la sud la nord.

Stratele acvifere din complexul Dacian au grosimi însemnate, atingând valori de peste 70 m. În rest, acestea formează o alternanță continuă de strate permeabile și strate impermeabile care, în general, comunică între ele.

Variația faciesului hidrogeologic are loc atât pe verticală, cât și lateral, trecându-se aproape brusc de la orizonturi permeabile la orizonturi impermeabile. Această situație se întâlnește în special în partea superioară a Dacianului, în bază depozitele fiind uniforme.

Acviferele de adâncime din perimetrul Peșteana Nord sunt localizate în formațiunea de Jiu-Motru, complexul de Motru (sau complexul productiv) și formațiunea de Berbești, complexul de Valea Vișenilor. Acviferele de adâncime din complexul de Motru sunt localizate în intervalele dintre stratele VII-VIII de cărbune, VI-VII de cărbune, V-VI de cărbune, IV-V de cărbune. Acviferul din intervalul stratelor VI-VII de cărbune este aproape inexistent pe cuprinsul perimetrului carierei Peșteana Nord, astfel că acesta nu se va lua în considerare în analizele presupuse de rezolvarea problematicii tezei.

Analizând documentația pusă la dispoziție de către Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit (I.C.S.I.T.P.M.L.) – S.A. Craiova, s-a realizat o centralizare a datelor și informațiilor conținute. Astfel, din punct de vedere hidrogeologic, condițiile de alimentare ale acviferelor din perimetrul Peșteana Nord, au condus la realizarea unor zone de contact ale orizonturilor acvifere de la diferite adâncimi. Acestea sunt prezentate în tabelul 5.1 și includ detalii cu privire la localizarea stratului acvifer și o descriere a acestora, respectiv date privind parametri de curgere. Pentru determinarea coeficienților de filtrare al rocilor acvifere și a celorlalți parametri hidrodinamici ai depozitelor aluvionare au fost realizate pompări experimentale în cadrul cercetărilor hidrogeologice detaliate. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012; ***, Documentație I.C.S.I.T.P.M.L., 2018)

Prin capacitatea de debitare și resursele dinamice importante cu posibilități de regenerare rapidă a rezervelor orizontului acvifer freatic, condițiile hidrogeologice au creat încă de la deschidere dificultăți în exploatarea lignitului în carieră.

Tab. 5.1 Parametrii hidrogeologici ai orizonturilor acvifere din perimetrul Peșteana Nord

*în documentațiile studiate nu există date privind valorile parametrilor hidrodinamici analizați

Nivelele hidrostatice variază în funcție de cotele locale de alimentare și drenare și de posibilitățile de comunicare hidraulică. Orizontul acvifer din acoperișul stratului X vine în contact pe suprafețe întinse cu orizontul acvifer freatic, nivelul hidrostatic fiind influențat de cota la care se produce alimentarea. Orizontul acvifer din intervalul stratelor VIII – X de lignit are dezvoltare aproape continuă în bazin. Aria conturului de alimentare precum și extinderea și grosimea mare a nisipurilor acvifere fac ca acest orizont să fie purtătorul unor rezerve dinamice și statice mari de apă subterană, cu posibilitate de regenerare rapidă. Orizontul acvifer din intervalul stratelor V – VII de lignit este unul din principalele orizonturi acvifere din regiune.

Lucrări de cercetare geotehnică și hidrogeologică s-au executat în perimetrul minier Peșteana Nord în anul 2007. S-au executat 10 foraje geotehnice, cu adâncimi cuprinse între 12-20 m, amplasate astfel:

– G1, G2, G3, G4 – executate pe taluzul vestic pe treptele de excavare I, II, III, IV;

– G5, G6, G7 executate pe taluzul estic, treptele IV, III, I;

– G8, G9, G10 executate pe taluzurile de lucru din frontul carierei, treptele I, II, III. (***, Documentație I.C.S.I.T.P.M.L., 2018)

În adâncime, apa a fost întâlnită sub formă de izvoare în orizontul freatic, acoperișul stratului VII de lignit și orizontul acvifer din intervalul stratelor V – VI de lignit, nivelul hidrostatic stabilizându-se la adâncimi cuprinse între valorile 2 m (G4) și 10,6 m (G8) (tabelul 5.2).

Tab. 5.2 Adâncimea nivelul hidrostatic a stratelor/orizonturilor acvifere

În orizontul freatic adâncimea nivelului hidrostatic variază între 8,7 m (taluz vestic), 6,9 m (taluz estic) și 10,6 m (zona centrală), în timp ce cota absolută este cuprinsă între 127,81 m (zona centrală) și 144,11 m (zona vestică), astfel încât înălțimea coloanei de apă este cuprinsă între 2 – 10 m.

La orizonturile acvifere din complexul productiv V – VI adâncimea nivelului hidrostatic variază între 2 m (taluz vestic), 4,3 m (taluz estic) și 7,8 m (zona centrală), în timp ce cota absolută este cuprinsă între 92,14 m (zona vestică) și 102,3 m (zona centrală), astfel încât înălțimea coloanei de apă este cuprinsă între 10 – 20 m.

Lucrările de excavații se desfășoară pe cota culcușului stratului V, intervalul V – VI regăsindu-se parțial în treapta IV, fiind realizate astfel suprafețe de deschidere pe taluz a nisipurilor și deci de drenare a acviferului.

În cazul orizontului acvifer din acoperișul stratului VII de cărbune, adâncimea nivelului hidrostatic variază între 2,4 m (zona centrală) și 8,7 m (taluz vestic).

Cotele nivelului hidrostatic al apelor freatice confirmă o direcție de curgere de la nord la sud, aproximativ paralelă cu a râului Jiu. Conform datelor înregistrate în forajele geotehnice și de hidroobservație pe rama perimetrului Peșteana Nord sensul curenților acviferi este dinspre N spre S, dinspre zona colinară (vest) și dinspre albia Jiului (est – doar în afara zonei de influență a ecranului protector) către zona centrală a perimetrului. De aici curgerea apelor subterane continuă spre S.

Afluxul de apă provenit din râul Jiu creează probleme geotehnice ca urmare a scurgerii apei către golul remanent. Pentru protejarea perimetrului minier împotriva afluxului de apă din râul Jiu, s-a construit un sistem liniar de 4 foraje de asecare (FT20 – FT23), funcționale în 2019, amplasate pe taluzul estic al carierei la 150 m distanță unul față de celălalt. Datele privind acviferul freatic din perimetrul Peșteana Nord sunt prezentate în tabelele 5.3 – 5.4.

Tab. 5.3 Date privind acviferul freatic din perimetrul Peșteana Nord (***, Documentație CEO, 2019)

Tab. 5.4 Date privind acviferele din perimetrul Peșteana Nord (***, Documentație CEO, 2019)

*nivelul hidrostatic al acviferului freatic în foraj

Pe vatra carierei Peșteana Nord funcționează 2 foraje cu erupție liberă. Datele (înregistrate în luna noiembrie a anului 2017) privind acviferul artezian interceptat de către cele 2 foraje sunt redate în tabelul 5.5.

Tab. 5.5 Date privind acviferul artezian din culcușul stratului IV de cărbune din perimetrul Peșteana Nord (***, Documentație CEO, 2019)

Forajele au adâncimi de 36 m, respectiv 39 m și sunt situate la o distanță de 280 m unul față de celălalt. Acestea au fost executate în scopul detensionării acviferului artezian din culcușul stratului IV de cărbune.

Cercetările efectuate au evidențiat faptul că gradientul hidraulic specific formațiunilor acvifere din perimetrul minier Peșteana Nord este relativ redus. Pentru efectuarea analizelor de stabilitate s-a luat în considerare valoarea maximă a gradientului hidrauli, I = 0,03.

5.2 Alimentarea și descărcarea acviferelor

Stratele acvifere freatice sunt situate în baza depozitelor aluvionare care iau parte la alcătuirea luncii și teraselor Jiului. Strate acvifere cu o capacitate de debitare mai redusă se dezvoltă și în baza depozitelor deluviale care acoperă versanții ce fac trecerea de la zona colinară la câmpia aluvionară. Studierea litologiei și structurii formațiunilor pliocene (Dacian inferior), precum și considerente geomorfologice și hidrogeologice regionale au condus la concluzia că în Oltenia de Nord există un imens bazin artezian care se dezvoltă mult spre Sud, sub Podișul Getic și Câmpia Olteniei. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

Alimentarea apelor freatice are loc pe toată suprafața ocupată de depozitele aluvionare prin infiltrații din precipitațiile atmosferice și din apele superficiale provenite din râul Jiu și afluenții săi, care compun rețeaua hidrografică caracteristică perimetrului Peșteana Nord. Râul Jiu este situat pe latura estică a perimetrului Peșteana Nord, iar principalii săi afluenți sunt Valea Zătreana, Valea cu Apă, Hotăroasa, Valea Plopului, Calugăreni și Valea Mânăstirii pe versantul drept și Valea Bâltenilor, Cioiana, Valea Cocorenilor și Valea Mare pe versantul stâng. În general, debitul văilor amintite este dependent de precipitațiile atmosferice.

Pe baza datelor obținute din forajele hidrogeologice de drenare sau hidroobservație, a observațiilor făcute în puțurile sătești, reiese clar că rețeaua hidrografică, Jiul și afluenții săi drenează orizontul acvifer freatic. În luncă, însă, apele freatice și apele superficiale se influențează reciproc. Orizonturile acvifere din depozitele Daciene se alimentează din precipitații, din orizontul acvifere vecine acolo unde există legatură hidraulică directă între acestea (fereastră hidrogeologică), precum și din apele de suprafață ale cursurilor de apă. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

Descărcarea orizonturilor acvifere din perimetrul Peșteana Nord se realizează prin:

– drenaj natural în partea sudică sau prin taluzurile carierei;

– drenaj artificial în sistemele de drenaj executate în scopul protejării perimetrelor miniere și în fronturile de captare pentru alimentare cu apă a populației;

– drenaj ascendent prin formațiunile semipermeabile. (Huidu, 2012)

Direcția generală de curgere este de la nord spre sud, zona fiind puternic influențată de structura și înclinarea formațiunilor litologice, de morfologia zonei și de ariile de alimentare sau drenare locale.

Importanța economică a acestui complex acvifer este cu totul deosebită datorită capacității mari de înmagazinare a apei și presiunii de strat ridicate. Suprafața mare de infiltrație și caracterul permanent al surselor de alimentare au contribuit la acumularea unor mari rezerve de ape subterane sub presiune, practic inepuizabile, astfel încât regimul apelor arteziene nu este influențat de variația anuală a cantității de precipitații, ci numai de schimbările climatice multianuale.

În ceea ce privește prezența apei în corpul haldei de steril, situația este diferită, având în vedere amestecul heterogen de roci din halda de steril. Astfel, rezultă o repartizare neuniformă a apelor în haldă, ape care provin în special din precipitații dar și din infiltrații prin zonele de contact cu formațiunile acvifere. Aceste variații se datorează structurii și naturii materialului haldat, regimului de precipitații, condițiilor de haldare (acumulări de ape în zone denivelate), existenței suprasarcinilor care determină creșterea presiunii apei din pori și tasarea rocilor, ceea ce conduce la creșterea nivelului hidrostatic și la migrarea apei spre zonele mai favorabile filtrării. (Lazar, 2017)

În halda interioară a carierei Peșteana Nord apa pătrunde prin zonele de înfrățire a haldei cu versanții naturali (alimentare din formațiunile acvifere) și prin infiltrații din precipitații (infiltrarea apelor prin pori sau pe traiectul fisurilor și crăpăturilor formate).

5.3 Modificarea regimului hidrologic și hidrogeologic

Modificarea regimului hidrologic și hidrogeologic în perimetrul Peșteana Nord a început odată cu executarea lucrărilor pentru protecția perimetrului minier împotriva apelor superficiale și subterane (tabelul 5.6).

Tab. 5.6 Descrierea lucrărilor hidrotehnice și de asecare (Huidu, 2012; ***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012; Ghiță, 2013)

Pentru deschiderea în condiții de siguranță a carierei, au fost executate lucrări hidrotehnice de deviere și regularizare a cursurilor de apă ale râului Jiu și pâraielor Valea Plopului, Călugăreni și Cioiana, de construire a barajului și bazinului de acumulare Ceauru, de construire a ecranului impermeabil și lucrări de detensionare și/sau de asecare a orizonturilor acvifere. Pentru colectarea, evacuarea și dirijarea apelor de asecare, din infiltrații și din scurgeri superficiale în colectoarele superficiale s-au amenajat jompuri, stații de pompe și canale de dirijare.

5.3.1 Lucrări hidrotehnice

Pentru protecția lucrărilor miniere din perimetrul Peșteana Nord împotriva apelor superficiale s-au executat lucrări ample de amenajare și regularizare a cursurilor de apă, construirea unui bazin de retenție, șanțuri, îndiguiri etc.

Canalul Jiu este de tip albie regularizată cu albie minoră betonată pe taluzuri, dimensionată pentru debitul de 400 m3/s, cu albie majoră înierbată limitată de diguri pentru transportul apelor mari. Râul Jiu a suferit modificări ale cursului deoarece traversa perimetrul minier al carierei Peșteana Nord (figura 5.2.a). Pe prima treaptă de lucru a carierei Peșteana Nord se mai poate observa veche albie a râului Jiu (figura 5.2.b).

Fig. 5.2.a Albia regularizată a râului Jiu (vedere din spațiu); b. Albia veche a râului Jiu (vedere de pe taluzul estic al carierei)

O altă metodă de protecție a lucrărilor miniere este reprezentată de construirea ecranelor impermeabile. Acestea se execută prin săparea unor tranșee înguste sau găuri de sondă care se intersectează și se umplu cu roci impermeabile sau se injectează cu soluții care duc la impermeabilizarea rocilor (figura 5.3). (Rotunjanu and Lazăr, Hidrologie, 2014) Ele se construiesc perpendicular pe direcția curenților acviferi, de la nivelul terenului până în roca impermeabilă din culcușul orizontului acvifer.

În Bazinul minier Rovinari, în zona de luncă de pe malul drept al râului Jiu s-a construit un ecran impermeabil pentru protecția carierelor Roșia de Jiu și Peșteana împotriva afluxului de apă din râul Jiu (adâncimea 14 – 15 m până la 30 m pe alocuri, lățimea 50 – 60 cm, lungime 13 km). (Huidu, 2012)

De asemenea, au fost executate canale pentru colectarea, dirijarea și evacuarea apelor provenite din lucrările de asecare prealabilă, din infiltrații și din scurgeri superficiale. Canalele, șanțurile și rigolele s-au amenajat cu îmbrăcăminți impermeabile, de regulă din beton durabil.

Fig. 5.3.a. Forararea găurilor de sondă; b. Executarea fantelor impermeabile

1 – gaură de sondă umplută cu material impermeabil consolidat; 2 – gaură de sondă în curs de umplere; 3 – coloană de tubaj; 4 – gaură de sondă forată; 5 – gaură de sondă de forat; 6 – dispozitiv de forat; 7 – porțiune de bloc în execuție (Rotunjanu, 1984)

În amonte de Bazinul minier Rovinari, la aproximativ 13 km de perimetrul Peșteana Nord, s-a construit un lac de acumulare nepermanent cu baraj din anrocamente și nucleu de argilă (cu o înălțime de 15 m), în scopul atenuării viiturilor și a protejării carierelor din bazin împotriva inundațiilor. Barajul face parte din categoria barajelor cu importanță deosebită și a fost pus în funcțiune în anul 1968. Lacul poate prelua un volum de până la 150 milioane m3 de apă.

5.3.2 Lucrări de asecare

Asecarea formațiunilor acvifere reprezintă o etapă esențială în exploatarea la zi a zăcămintelor de lignit și se aplică în vederea protejării perimetrelor miniere împotriva inundării.

Înainte de începerea lucrărilor de deschidere s-au efectuat lucrări de asecare preliminară cu scopul de a reduce presiunea apelor subterane până la valori ce au permis executarea lucrărilor miniere în condiții normale (s-a realizat prin tranșee de asecare și foraje). (Huidu, 2012)

Concomitent cu lucrările de exploatare se efectuează lucrări de asecare paralelă. Aceasta se realizează cu foraje executate pe conturul carierei și în avansul fronturilor de lucru echipate cu pompe submersibile, precum și cu foraje cu erupție liberă sau tranșee de asecare.

Apa rezultată din drenarea naturală prin taluzurile carierei (figura 5.4), din precipitații și din lucrările de asecare, se acumulează în jompuri special amenajate pe vatra carierei (figura 5.5) de unde, după o prealabilă decantare, este evacuată cu ajutorul pompelor în canalele colectoare Valea Plopului, Valea Pârâului și în râul Jiu.

Fig. 5.4 Drenarea apei subterane prin taluzurile carierei Peșteana Nord

Fig. 5.5 Amplasarea jompurilor pe vatra carierei Peșteana Nord

Cantitatea de apă evacuată din perimetrul Peșteana este de aproximativ 16.500 m3/zi, în condiții fără precipitații atmosferice.

Lucrările de asecare a orizonturilor acvifere din complex și de detensionare a orizontului acvifer freatic continuă pe toata perioada de activitate, iar jompurile și stațiile de pompe vor fi reamplasate în funcție de evoluția treptelor de lucru.

5.3.3 Impactul cantitativ și calitativ al lucrărilor hidrotehnice și de asecare asupra rezervelor de apă

Impactul exploatării la zi asupra rezervelor de apă poate fi evaluat din punct de vedere cantitativ și calitativ.

Impactul cantitativ este determinat de reducerea resurselor de apă subterană și de modificarea regimului hidrodinamic al acestora. Orizontul freatic și o parte a orizonturilor acvifere captive sunt drenate prin taluzurile carierelor, conducând la extinderea curbelor de depresiune pe distanțe mari, în funcție de coeficientul de filtrare.

Reducerea nivelului apelor subterane are un impact negativ puternic asupra vegetației și florei, a culturilor agricole și a comunităților locale aflate în împrejurimile perimetrului minier ca urmare a lucrărilor de asecare efectuate simultan în perimetrele miniere Peșteana Nord și Roșia de Jiu. Efectul de interferență a lucrărilor de asecare a condus la crearea în jurul carierelor a unor largi zone de coborâre a nivelelor apelor freatice (figura 5.6). S-a observat faptul că fântânile din satele aflate în zona de influență a sistemeleor de asecare au secat pe o rază de mai bine de 10 km. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

Fig. 5.6 Extinderea pâlniei depresionare după asecarea formațiunilor acvifere

Impactul calitativ asupra apei este determinat de corectitudinea lucrărilor de gospodărire a apelor colectate și evacuate în emisari.

Lucrările de gospodărire a apelor, canalele de treaptă, canalele de gardă, regularizările și stațiile de pompe pentru evacuarea apelor rezultate din exploatările la zi nu au o influență negativă asupra mediului dacă se execută corect activitățile de întreținere. Reducerea cantității de suspensii solide din apele evacuate se realizează prin dimensionarea corespunzătoare a jompurilor stațiilor de pompe și a canalelor de gardă.

Din punct de vedere al indicatorilor chimici generali, râurile din bazinul hidrografic Jiu se încadrează în cea mai mare parte în clasa a I-a de calitate, excepție făcând râul Jiu care se încadrează în clasa a II-a de calitate pe secțiunile de control din aval de Bazinul minier Oltenia. Din punct de vedere al indicatorilor biologici, râurile din bazinul hidrografic Jiu se

încadrează în clasa a I-a de calitate. (***, RM, 2017)

Corespunzător buletinelor de monitorizare a calității apelor uzate evacuate de la incintele miniere și din lucrările de asecare din perimetrul Peșteana Nord analizate de către Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit (I.C.S.I.T.P.M.L.) – S.A. Craiova în vederea elaborării Raportului de impact asupra mediului din anul 2012 nu constituie surse de poluare. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012) Apele uzate sunt evacuate în rețeaua de canalizare și în receptorii naturali. Măsurile de protecție se limitează la întreținerea canalelor de gardă, jompurilor și instalațiilor de epurare (decantoare). Din punct de vedere al indicatorilor chimici generali ai receptorilor apelor provenite din lucrările de asecare, aceștia se încadrează în cea mai mare parte în clasa a I-a de calitate, excepție făcând râul Jiu, care se încadrează în clasa a II-a de calitate pe secțiunile de control în aval de Bazinul minier Oltenia. (***, RM, 2017)

Având în vedere lipsa unor buletine de analiză recente, privind calitatea apei subterane din perimetrul minier Peșteana Nord, dar și continuitatea stratelor acvifere din cadrul bazinului minier Rovinari și a constituției litologice asemănătoare (care evidențiază aceleași tipuri de strate de roci, dar de diferite grosimi) s-a stabilit că din punct de vedere calitativ, apa subterană are aceleași caracteristici în întregul bazin Rovinari. Așadar, s-a luat în considerare calitatea apei evacuată din perimetrul Roșia de Jiu, aflat de altfel parțial în zona de luncă a râului Jiu și la distanță relativ mică de perimetrul minier Peșteana Nord. În data de 26.06.2019 au fost prelevate probe de apă din lacurile Peșteana Sud și Urdari formate în foste cariere și din evacuarea apelor de asecare din perimetrul Peșteana Nord în scopul efectuării analizelor și completării datelor existente cu valori recente. Analizele de pH, cloruri și suspensii s-au efectuat în laboratorul din cadrul Stației de tratare a apei Zănoaga, Petroșani.

În tabelul 5.7 se prezintă valorile principalilor indicatori de calitate ai apei subterane, în comparație cu standardele în vigoare. (Lazar, 2017)

Tab. 5.7 Calitatea apei subterane (Lazar, 2017; ***, NTPA-001, 2002)

Conform buletinului de analize, se constată că, din punct de vedere calitativ, apa evacuată din perimetrul Roșia de Jiu corespunde standardelor în vigoare.

Odată cu asecarea formațiunilor acvifere are loc o antrenare hidrodinamică a particulelor fine din masiv ceea ce determină o valoare ridicată a suspensiilor, care în cazul de față se apropie de limita admisă. Aceeași situație se observă și în cazul apei evacuate din perimetrul Peșteana Nord. În schimb probele de apă prelevate din lacurile Peșteana Sud și Urdari prezintă o cantitate de suspensii mult sub limita admisă ca urmare a decantării particulelor în timp.

În general, suspensiile din apele de asecare nu reprezintă substanțe poluante, însă pot influența temporar calitatea emisarilor. Printr-o simplă operație de decantare se îmbunătățește considerabil calitatea acestora.

În suspensie se pot afla particule de roci sterile și/sau utile (lignit). În compoziția chimică elementară a lignitului intră carbonul, oxigenul, hidrogenul, azotul și sulful. Sulful în contact cu apa poate determina scăderea pH-ului apei și poate duce la acidificarea apei. În condițiile inundării golului remanent al carierei Peșteana Nord, apa vine în contact cu resturile de roci cărbunoase aflate în haldă sau cu stratele de lignit din taluzurile in-situ. În această situație există posibilitatea ca apa din lac să devină acidă, situație în care varianta inundării nu este de dorit. Analizele efectuate pentru probe de apă prelevate din lacurile Peșteana Sud și Urdari infirmă ipoteza creată.

Apele subterane freatice și cele cantonate în complexul acvifer Dacian îndeplinesc condițiile de potabilitate admisibile, constituind sursa de alimentare cu apă a satelor din regiune: Peșteana de Jos, Valea cu Apă, Fărcășești Moșneni, Roșia de Jiu, Rogojelu, Cocoreni, Urdari, Hotăroasa, Bălteni.

Apele freatice sunt slab mineralizate, ceea ce dovedește aproprierea orizontului acvifer de regiunea de alimentare și o circulație intensă a apelor subterane.

Componenții principali sunt bicarbonații de Calciu și Magneziu, ceea ce face ca duritatea lor să fie relativ mare, 4,1 – 25 grade germane în cazul apelor freatice și până la 30 grade germane în cazul apelor cantonate în complexul acvifer Dacian. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

5.4 Calculul volumelor de apă care contribuie la inundarea golului remanent și durata estimativă de inundare

Apa provenită din precipitații

Din punct de vedere hidrologic este importantă identificarea cantității de apă din precipitații care poate contribui efectiv la inundarea golului remanent.

Cunoscând cantitățile medii anuale ale precipitațiilor (750 mm/m2) și evapotranspirației potențiale (730 – 740 mm/m2) din regiunea studiată, a rezultat că există un excedent de apă din precitații de aproximativ 10 – 20 mm/m2/an.

Apa subterană

Cunoașterea regimului hidrogeologic permite evaluarea disponibilității resurselor de apă subterană care pot asigura refacerea resurselor acvifere în perimetrele miniere în care s-au aplicat lucrări de drenare a formațiunilor acvifere și inundarea golurilor remanente.

Pe baza clasificării hidrogeologice complexe existente în literatura de specialitate (Rotunjanu and Lazăr, 2014) și a valorii coeficientului afluxului de apă (12,87 m3/t), perimetrul minier al carierei Peșteana Nord se încadrează în clasa a IV-a, fiind un perimetru minier cu posibilitate majoră de refacere a resurselor acvifere și de inundare din formațiunile acvifere. (Apostu and Lazar, Freiberg, 2018; Apostu et al., SGEM, 2018)

Aducțiuni de apă

Este posibilă realizarea unor aducțiuni de apă în condițiile existenței unor cursuri de apă de suprafață în apropierea golului remanent. Se apelează la acestă soluție doar dacă este absolut necesară inundarea cât mai rapidă a golului remanent.

Rețeaua hidrografică din zona perimetrului minier Peșteana Nord este bogată și este în întregime tributară râului Jiu. Unele dintre văile amintite au debit permanent, dar mic, în timp ce altele au debite temporare, ce variază în funcție de sezon, fiind dependente de precipitațiile atmosferice. (Apostu and Lazar, Freiberg, 2018)

Așadar, râul Jiu nu dispune de afluenți importanți în zona studiată, stocul său realizându-se aproape uniform pe întregul său curs, fapt ce determină variația debitului mediu multianual în lungul cursului său. Debitul mediu al râului Jiu este de 94,7 m3/s, iar la Rovinari are un debit de 45,6 m3/s. (***, PMBH Jiu, 2016 – 2021)

Durata inundării golului remanent

Având în vedere sursele de apă disponibile rezultă următoarele volume de apă care pot contribui la inundarea golului remanent:

În urma determinării volumului de apă din precipitații care cade pe suprafața golului remanent (s-a luat în considerare suprafața golului remanent la cota 134 m, Scota134=5288340 m2) a rezultat un volum mediu lunar de precipitații care se încadrează în intervalul 4407 – 8814 m3.

Conform datelor obținute în urma documentării în teren, cantitatea de apă evacuată din perimetrul Peșteana este 16.500 m3/zi (aproximativ 501875 m3/lună), în condiții fără precipitații atmosferice. (***, Documentație C.E.O., 2016-2019)

Debitul zilnic al râului Jiu la Rovinari este de 3939840 m3.

S-a estimat durata inundării golului remanent cu apă provenită din surse naturale, rezultatele obținute fiind centralizate în tabelul 5.8. Treptele carierei au fost proiectate la o înălțime de 20 m, în timp ce treptele haldei la 15 m. Valorile existente ale înălțimilor variază ușor în jurul valorilor proiectate. Determinarea duratei de inundare s-a realizat luând în considerare ridicarea treptată, cu 20 m, a nivelului apei în golul remanent. Vatra carierei se află la cota 50 m, iar nivelul final al apei în lac a fost stabilit la 134 m. Durata de inundare (t) s-a determinat ca raport între volumul golului remanent la cotele stabilite (V) și debitul de apă disponibil din surse naturale (Qmediu = 548149 m3/lună) (relația 5.1).

(5.1)

Tab. 5.8 Durata de inundare a golului remanent

Dacă este necesară inundarea cât mai rapidă a golului remanent din considerente tehnice, economice (redarea în circuitul economic și preluarea cât mai rapidă a funcțiunii viitoare) sau de securitate, costurile privind realizarea aducțiunilor de apă din râul Jiu se justifică prin reducerea considerabilă a duratei de inundare. Instituțiile specializate și autorizate pot stabili cantitatea de apă care poate fi preluată în scopul inundării. Dacă însă, nu se impune inundarea cât mai rapidă a golului, atunci investițiile și lucrările hidrotehnice necesare, care de altfel au un impact negativ asupra mediului la nivel local, nu se justifică.

Conform rezultatelor, din surse naturale, inundarea golului remanent până la cota 134 m, se poate realiza în decursul a aproximativ 9 ani. Durata de inundare reală este mai mare întrucât presiunea hidrostatică a apei va determina o scădere a debitului de apă care alimentează lacul odată cu refacerea resurselor acvifere și ridicarea nivelului hidrostatic. (Apostu and Florea, 2018)

CAPITOLUL6

CARACTERISTICILE GEOTEHNICE ALE ROCILOR DIN PERIMETRUL PEȘTEANA NORD

Studiile geotehnice urmăresc determinarea în laborator și/sau in-situ a caracteristicilor geotehnice ale rocilor ce alcătuiesc un taluz sau un versant. Aceste determinări trebuie realizate cu multă acuratețe, deoarece de precizia de determinare depind în mod hotărâtor rezultatele analizei de stabilitate. (Rotunjanu, 2005; Lazăr et Faur, 2015)

Analizele de laborator se realizează pe probe de material colectate din diferite puncte, dar în special din zonele care prezintă risc major din punct de vedere al stabilității. (Troncoso, 1998)

Conform Normelor specifice de protecție a muncii pentru minele de cărbune, șisturi bituminoase (***, MMPS, 1997), se recomandă ca evaluarea stabilității taluzurilor din perimetrele miniere să se realizeze periodic, odată la 5 ani și ori de cîte ori este nevoie. Având în vedere faptul că ultimele determinări ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor au fost efectuate în urmă cu 4 ani, pentru rezolvarea problematicii tezei au fost prelevate o serie de probe din perimetrul Peșteana Nord.

Pentru determinarea valorilor caracteristicilor geotehnice ale rocilor din taluzurile definitive ale golului remanent Peșteana Nord s-au prelevat 14 probe, 10 probe din halda interioară (PH1 ÷ PH10) și 4 probe din taluzurile in-situ (PC1 ÷ PC4) (figurile 6.1 – 6.4). Se menționează faptul că probele de steril au fost preluate de pe benzile transportoare aferente fiecărui excavator imediat după excavare, la diferite intervale de timp, cuprinzând diferite strate de roci.

Fig. 6.1 Puncte de probare din treptele haldei interioare

Fig. 6.2 Puncte de probare din treptele carierei

Fig. 6.3 Probe de roci prelevate din treptele haldei

Fig. 6.4 Probe de roci prelevate din treptele carierei

Având în vedere faptul că nu s-a putut stabili o rețea cu un număr acceptabil de puncte de probare din punct de vedere tehnic și economic, punctele de probare s-au stabilit astfel:

în cazul treptelor de carieră, punctele de probare (PC1 – PC4) s-au stabilit pe berma treptei III, spre limita vestică, întrucât în zonă au fost evidențiate alunecări superficiale și zone sufozionare ca urmare a faptului că prin taluzul acestei trepte are loc o drenare naturală a stratelor acvifere (vezi figura 4.10).

în cazul materialului haldat în halda interioară, s-a urmărit prelevarea de probe constituite din diferite tipuri de roci și provenite din toate fronturile de lucru actuale (aprilie 2018). Astfel, probele au fost constituite din materialele extrase de cele 5 excavatoare aflate în funcțiune. Materialul steril extras de excavatoare ajunge prin intermediul benzilor transportoare pe halda interioară, astfel:

excavatoarele E01 și E04 lucrează în treapta I a carierei, iar materialul steril este transportat pe treapta III de haldă (PH1, PH2, PH3, PH4);

excavatoarele E03 și E05 lucrează în treptele II și III ale carierei, iar materialul steril este transportat pe treapta II de haldă (PH5, PH6, PH7, PH8);

excavatorul E02, amplasat pe vatra carierei, lucrează în treapta IV a carierei, iar materialul steril este depus direct în halda interioară în treapta I a acesteia (PH9, PH10).

În cazul tuturor probelor, materialul de probare s-a preluat în stare tulburată.

6.1 Caracteristicile geotehnice ale rocilor aflate în stare naturală

Studiile geotehnice sunt necesare pentru evaluarea comportamentului rocilor din punct de vedere al stabilității și al rezistenței lor. Principalele caracteristici geotehnice necesare în studiile de stabilitate sunt: greutatea volumetrică, coeziunea și unghiul de frecare interioară, însă cunoașterea tuturor caracteristicilor geotehnice permite determinarea și caracterizarea rocilor întâlnite în funcție de tipul acestora. (Apostu and Lazar, SGEM, 2019)

În funcție de condițiile existente (exploatare în carieră, funcționarea sistemelor de asecare) și viitoare (încetarea activității de exploatare, oprirea sistemelor de asecare, refacerea resurselor de apă subterană și inundarea golului remanent) din teren, se pot evidenția variațiile valorilor caracteristicilor geotehnice. Pe baza acestora și prin interpretarea rezultatelor se apreciază și evaluează comportamentul rocilor și riscul geotehnic.

Taluzurile definitive ale carierei sunt constituite din stratele de roci in-situ, în timp ce haldele de steril sunt formate dintr-un amestec de roci sterile rezultate în urma exploatării lignitului.

În figura 6.5 sunt prezentate forajele geotehnice (F1 – F6), realizate de către I.C.S.I.T.P.M.L. Craiova în perioada anilor 1968 – 1974, iar pentru obținerea unor informații mai detaliate, s-au trasat 3 secțiuni verticale (S1, S2, S3) în zonele de interes. Pe baza acestor date s-au realizat coloanele stratigrafice (figura 6.6) și s-au determinat grosimea cumulată a stratelor de roci și participația procentuală a rocilor în halda interioară în funcție de natura rocilor (tabelele 6.1 – 6.2). Practic forajele geotehnice au fost executate până sub stratul V de lignit, însă pentru rezolvarea problematicii tezei este suficient să se considere că talpa forajelor se oprește în fundamentul haldei, pe vatra carierei, respectiv pe treptele definitive ale carierei.

Fig. 6.5 Amplasarea forajelor geotehnice F1 – F6 și secțiunilor S1 – S3

Tab. 6.1 Grosimea cumulată a stratelor de roci în funcție de natura acestora

Tab. 6.2 Participația procentuală a rocilor în haldă în funcție de natura acestora

Fig. 6.6 Coloane stratigrafice perimetrul minier Peșteana Nord

Pentru calculul participtației procentuale a rocilor sterile în halda interioară s-a eliminat substanța minerală utilă, lignitul, considerându-se că acesta a fost în totalitate exploatat.

Suprafața propusă pentru recuperarea solului fertil din perimetrul Peșteana Nord este de 137,34 ha, reprezentând doar 11,68% din suprafața totală a perimetrului minier. Conform Raportului de evaluare a impactului asupra mediului, solul fertil din perimetrul Peșteana Nord nu este recuperat întrucât neuniformitarea terenului și grosimea variabilă a stratului de sol fertil fac ca acesta să se impurifice cu sol din adâncime. Astfel, calitatea materialului decopertat s-ar înrăutăți. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012) Deși grosimea stratului de sol vegetal este mare în zona studiată (0,7 – 1,6 m), nu s-a observat efectuarea lucrărilor specifice de recuperare în avans, pe parcursul deplasărilor pe teren. Așadar, s-a considerat că solul vegetal este depus în amestec cu rocile sterile în halda interioară.

6.1.1 Caracteristicile fizice

Caracteristicile fizice ale rocilor oferă indicații privind starea naturală a acestora. Prin încercările la care au fost supuse probele prelevate din perimetrul minier Peșteana Nord s-a urmărit determinarea următoarelor caracteristici fizice: compoziția granulometrică, greutatea volumetrică, greutatea specifică, umiditatea, porozitatea, indicele porilor, umiditatea la saturație, coeficientul de saturație, limita de curgere, limita de frământare, indicele de plasticitate și indicele de consistență.

Compoziția granulometrică reprezintă conținutul în fracțiuni, pe dimensiuni, al granulelor ce constituie rocile necoezive și pseudocoezive. Este important să se cunoască compoziția granulometrică a rocilor, întrucât porozitatea rocilor depinde de diametrul și forma granulelor, de modul lor de dispunere în rocă și de gradul de îndesare sau consolidare. Astfel, în funcție de porozitatea rocilor se poate evalua cantitatea de apă pe care o poate înmagazina și ceda o rocă, dar și comportamentul acesteia în contact cu apa. (Rotunjanu and Lazăr, 2014; ***, STAS 1913/5-85)

Pentru determinarea compoziției granulometrice s-a efectuat analiza granulometrică prin cernere, sedimentare sau combinată (figurile 6.7 – 6.9).

Fig. 6.7 Analiză granulometrică prin cernere

Fig. 6.8 Analiză granulometrică prin sedimentare; proba PC4 (stânga); probele PH1, PH4, PH5 (dreapta)

Fig. 6.9 Analiză granulometrică prin cernere și sedimentare, proba PC3

Compoziția granulometrică s-a reprezentat grafic prin curba granulometrică (figura 6.10). Pe baza acesteia s-a determinat coeficientul de neuniformitate (u) al pământurilor analizate. După valoarea coeficientului de neuniformitate pământurile se clasifică în:

– foarte uniforme – u ≤ 5;

– cu uniformitate mijlocie – 5 < u ≤ 15;

– foarte neuniforme – u > 15. (Rotunjanu and Lazăr, 2014)

Fig. 6.10 Curbă granulometrică – proba PC2 (nisip)

Pentru probele analizate s-a efectuat încadrarea rocilor în clasificarea existentă în funcție de compoziția granulometrică și coeficientul de neuniformitate (tabelul 6.3).

Tab. 6.3 Compoziția granulometrică și coeficientul de neuniformitate al rocilor analizate

Greutatea volumetrică sau specifică aparentă (γa) exprimă greutatea unității de volum a rocilor în stare naturală. Pentru determinarea greutății volumetrice există mai mult metode, dintre care se alege cea mai adecvată în funcție de coeziunea rocilor. (Rotunjanu, 2005; Hirian et al., 1981)

Pentru determinarea în laborator a greutății volumetrice a rocilor din perimetrul minier Peșteana Nord s-au aplicat 2 metode: metoda ștanței și metoda parafinării. Metoda ștanței s-a aplicat pentru cazul rocilor necoezive și ușor coezive, după aplicarea, pe cât posibil, a unei sarcini echivalente cu sarcina naturală din teren, în scopul obținerii unei compactări corespunzătoare și a unei valori a greutății volumetrice cât mai apropiată de cea reală (figura 6.11). Metoda parafinării s-a aplicat pentru rocile coezive, care nu s-au putut prelucra în forme geometrice regulate (figura 6.12).

Fig. 6.11 Metoda ștanței

Fig. 6.12 Metoda parafinării

Greutatea specifică absolută (γs) reprezintă raportul dintre greutatea materialului și volumul real al acestuia. Spre deosebire de greutatea volumetrică, ce ia în considerare volumul aparent al rocii (inclusiv porii și golurile rocii), greutatea specifică ține cont de volumul real al rocii, fără porii și golurile acesteia. În general, determinarea în laborator a greutății specifice se realizează utilizând metoda picnometrului (figura 6.13). (Hirian et al., 1981; ***, STAS 1913/2-76)

Fig. 6.13 Metoda picnometrului: probele PH1 – PH4 (stânga), probele PH6 – PH10 (dreapta)

Umiditatea (w) este dată de raportul dintre masa apei conținută în pori (mw) și masa materialului solid (ms). Masa apei conținută în pori se determină ca diferență între masa probei în stare naturală și masa probei uscată în etuvă la 105°C (figura 6.14). (Rotunjanu and Lazăr, 2014; Hirian et al., 1981)

Umiditatea la saturație (wsat). Starea de saturație este atinsă în momentul în care roca nu mai absoarbe apa cu care se amestecă, apa răspândindu-se pe suprafața probei dându-i un luciu caracteristic. (Hirian et al., 1981)

Coeficientul de saturație (S) reprezintă raportul dintre umiditatea naturală a unei roci și umiditatea care determină starea de saturație a aceleași roci, pentru aceeași porozitate. (Hirian et al., 1981)

Umiditatea la saturație și coeficientul de saturație s-au determinat prin calcul.

Fig. 6.14 Determinarea umidității naturale

Porozitatea (n) reprezintă raportul dintre volumul golurilor existente între particulele solide și volumul total al materialului (inclusiv porii). Porozitatea se mai apreciază și prin cifra porilor (ɛ) care reprezintă raportul dintre volumul porilor și volumul subtanței solide dintr-o unitate de volum de rocă. (Rotunjanu and Lazăr, 2014)

Porozitatea și cifra porilor s-au determinat prin calcul.

Limita de curgere (Wc) reprezintă starea în care toate forțele de coeziune dispar, adică starea unui lichid vâscos. Definită convențional, limita de curgere reprezintă umiditatea la care șanțul se închide după 25 de căderi ale cupei. Limita de curgere s-a determinat în laborator cu ajutorul aparatului de tip Casagrande (figura 6.15). (Hirian et al., 1981) Pe baza rezultatelor obținute s-a construit graficul de determinare a limitei de curgere (figura 6.16) pe care s-a citit valoarea corespunzătoare a umidității.

Limita de frământare (Wf) reprezintă umiditatea la care pământul mai poate fi modelat în cilindri cu diametrul de 3-4 mm prin rulare cu palma pe o suprafață plană (figura 6.17). (Hirian et al., 1981)

Fig. 6.15 Determinarea limitei de curgere

Fig. 6.16 Determinarea limitei de curgere – proba PC4

Fig. 6.17 Determinarea umidității specifice limitelor de curgere și frământare

Cunoașterea valorilor umidităților corespunzătoare limitelor de curgere și de frământare permite determinarea valorilor indicilor de lichiditate (sau de curgere, IL), de plasticitate (Ip) și de consistență (Ic). Indicii de plasticitate și de consistență s-au determinat prin calcul.

Indicele de plasticitate este o măsură a coeziunii rocii. Cu cât este mai mare indicele de plasticitate, cu atât mai mare este și coeziunea. (Hirian et al., 1981)

Caracteristicile fizice ale rocilor, rezultate în urma efectuării încercărilor, sunt redate în tabelul 6.4.

Tab. 6.4 Valorile determinate ale caracteristicilor fizice

Dintre caracteristicile fizice, principala caracteristică luată în considerare în calculele de stabilitate este greutatea volumetrică aparentă.

6.1.2 Caracteristici mecanice

Caracteristicile mecanice definesc comportamentul rocilor și pământurilor la solicitările mecanice. Prin încercările la care au fost supuse probele prelevate din perimetrul minier Peșteana Nord s-a urmărit determinarea următoarelor caracteristici mecanice: compresibilitatea, coeficientul de compresibilitate, modulul de compresibilitate, tasarea specifică, rezistența de rupere la forfecare, coeziunea și unghiul de frecare interioară.

Compresibilitatea reprezintă proprietatea rocilor și a pământurilor de a-și micșora volumul sub acțiunea unor eforturi exterioare și depinde în mod special de porozitate. Cu cât porozitatea este mai mare, cu atât este mai mare și compresbilitatea. (Hirian et al., 1981)

Compresibilitatea se apreciază cu ajutorul mai multor parametri, importanță majoră prezentând: coeficientul de tasare specifică, diagrama compresiune – tasare, modulul de compresibilitate, coeficientul de compresibilitate, diagrama compresiune – porozitate.

Determinarea compresibilității s-a realizat în edometru (figura 6.18). În figura 6.19 sunt prezentate așa-numitele “turte” rezultate în urma efectuării încercărilor în edometru. (***, STAS 8942/1-89)

Fig. 6.18 Determinarea compresibilității prin încercare în edometru

Fig. 6.19 Probele rezultate după încercările în edometru

Coeficientul de tasare specifică (ep) este dat de raportul dintre variația tasării specifice și variația presiunii care a produs-o.

Diagrama compresiune – tasare se obține prin trecerea pe abscisă a presiunilor aplicate, iar pe ordonată a tasărilor specific (figura 6.20). Această diagramă stă la baza determinării modului de compresibilitate (Ec), reprezentând raportul dintre variația efortului de compresiune și variația corespunzătoare a tasării specifice.

Coeficientul de compresibilitate (ec), definește raportul dintre variația cifrei porilor și variația presiunii, putându-se stabili diagrama copresiune – porozitate. (Hirian et al., 1981)

Fig. 6.20 Curba de compresiune-tasare – proba PC1

Rezistența la forfecare (τ) reprezintă rezistența pe care o opune o rocă la ruperea sa prin alunecare – forfecare. Aceasta este o caracteristică a rocilor care depinde de natura lor coezivă/necoezivă, compoziția granulometrică și mineralogică, structură, textură, etc. Încercarea de rupere la forfecare s-a efectuat în aparatul de forfecare. În figurile 6.21 – 6.22 sunt prezentate o parte dintre probele supuse forfecării. (Rotunjanu, 2005)

Coeziunea și unghiul de frecare interioară sunt principalele caracteristici mecanice ale rocilor slab coezive și necoezive de care depinde rezistența lor la forfecare sau tăiere și implicit stabilitatea taluzurilor și a versanților. Coeziunea (c) exprimă forța de legătură dintre particulele solide ale unor roci sau pământuri care se opune alunecării acestora sub acțiunea unor forțe exterioare. Unghiul de frecare interioară (φ) reprezintă unghiul al cărei tangentă trigonometrică este egală cu coeficientul de frecare interioară dintre particulele rocii respective. (Rotunjanu, 2005)

Uneori se obișnuiește să se echivaleze unghiul de frecare interioară cu unghiul de taluz natural, adică unghiul după care se așează în mod natural o grămadă de pământ necoeziv. În realitate, acest aspect este valabil doar pentru nisipurile afânate. (Rotunjanu, 2005; Lazăr, 2010)

Fig. 6.21 Forfecare PC3

Fig. 6.22 Forfecare PH1, PH4, PH5, PH8, PH9

Caracteristicile mecanice ale rocilor, rezultate în urma efectuării încercărilor în laborator, sunt redate în tabelul 6.5.

Tab. 6.5 Valorile determinate ale caracteristicilor mecanice

Determinările și încercările prezentate s-au efectuat în laboratoarele de Mecanica Pământurilor, Mecanica Rocilor și Geotehnică 2 din cadrul Facultății de Mine de la Universitatea din Petroșani. Încercările s-au efectuat în perioada 15.05.2018 – 20.07.2018 pe probe aflate în stare naturală, iar în perioada 05.09.2018 – 30.11.2018 pe probele aflate în stare saturată.

Necesitatea studierii caracteristicilor geotehnice ale rocilor este condiționată de faptul că valorile acestora depind într-o mare măsură de starea fizică a lor și de comportamentul lor la solicitări mecanice și odată cu trecerea timpului aceste caracteristici suferă o serie de modificări sub influența diferițior factori externi. (Todorescu, 1984)

Pe baza proprietăților fizico-mecanice, și nu numai, se poate efectua clasificarea rocilor, iar în literatura de specialitate există o serie de astfel de clasificări. Cunoașterea, caracterizarea și clasificarea rocilor prezintă o importanță deosebită întrucât asigură securitatea și siguranța în perimetrul minier, dar și soluții de îmbunătățire a parametrilor tehnologici, aspecte care nu sunt de neglijat.

În scopul denumirii probelor de roci preluate din perimetrul carierei Peșteana Nord, au fost studiate clasificările existente în literatura de specialitate (Todorescu, 1984; Hirian et al., 1981), care țin seama de compoziția granulometrică, de indicele de consistență și de plasticitate, de coeficientul de saturație, de rezistența la forfecare, acestea fiind redate în tabelele 6.6 – 6.11.

Tab. 6.6 Clasificarea argilelor în funcție de fracțiunile predominante (Todorescu, 1984; Hirian et al, 1981)

Tab. 6.7 Clasificarea nisipurilor în funcție de fracțiunile predominante (Todorescu, 1984; Hirian et al., 1981)

Tab. 6.8 Clasificarea rocilor în funcție de coeficientul de saturație (Hirian et al., 1981)

Tab. 6.9 Clasificarea rocilor în funcție de indicele de plasticitate (Todorescu, 1984)

Tab. 6.10 Indicele de consistență al prafurilor și argilelor (Todorescu, 1984; ***, SR EN ISO 14688-2:2005)

Tab. 6.11 Clasificarea rocilor pentru fundații geotehnice (Todorescu, 1984)

Pe baza clasificărilor existente și prezentate anterior (tabelele 6.6 – 6.11) s-a efectuat încadrarea pământurilor analizate (tabelele 6.12 – 6.13).

Tab. 6.12 Încadrarea rocilor în funcție de indicele de plasticitate și indicele de consistență

* conform tabelului 5.11, rocile analizate se încadrează în clasa rocilor plastic deformabile

Tab. 6.13 Clasificarea rocilor în funcție de coeficientul de saturație (Hirian et al., 1981)

În funcție de rezistența la forfecare și de valoarea unghiului de frecare interioară cele 14 probe se încadrează în clasele II ÷ IV, având rezistență mare până la mică, tipurile caracteristice de roci fiind nisipuri – nisipuri argiloase până la argile.

Clasificarea pământurilor în funcție de granulometrie se realizează pe baza standardului SR EN 14688-2:2005, care înlocuiește STAS 1243-88 și care este identic cu standardul european EN ISO 14688-2:2004 (figura 6.23). Diagrama ternară clasică din STAS 1243-88 a suferit o serie de modificări: a fost rotită 180° și distorsionată în plan oblic 30° astfel încât axele prafului (domeniul praf 0,005 – 0,05 fiind modificat în argilă și praf < 0,05 mm) și argilei au devenit reprezentate pe direcție orizontală și verticală. (Olinic and Frunză, 2013)

Pe baza clasificărilor prezentate mai sus și a diagramei ternare s-a realizat încadrarea și descrierea pământurilor (tabelul 6.14).

Fig. 6.23 Diagrama ternară (***, SR EN 14688-2:2005)

Tab. 6.14 Denumirea pământurilor analizate

Conform profilului geologic (vezi figura 4.8), fundamentul haldei este constituit din marne, argile și nisipuri, însă predomină în mod semnificativ nisipurile. Totodată, între aceste strate se mai întâlnesc “filme” de lignit, dar și stratul IV de lignit, strat care nu este exploatat ca urmare a condițiilor hidrogeologice foarte grele și a ineficienței din punct de vedere tehnico-economic.

Pe baza profilului geologic se poate afirma faptul că halda intră în contact direct cu stratele de roci marnoase și argiloase pe cca. 75-80% din suprafața fundamentului, restul suprafeței având contact cu strate de roci nisipoase prin intermediul unor “ferestre” de mari dimensiuni, în special în zona fostelor trepte ale carierei. Grosimea stratelor marnoase și argiloase variază foarte mult, de la câțiva metri până la câteva zeci de metri, sub acestea aflându-se strate de roci nisipoase, cu grosimi de ordinul zecilor de metri.

Având în vedere faptul că nisipurile sunt roci acvifere și coeficientul afluxului de apă înregistrează o valoare mare în perimetrul Peșteana Nord, contactul acestora cu halda implică o serie de riscuri ca urmare a ridicării nivelului apelor subterane. În general, stratele acvifere din fundamentul haldei întâlnesc aceste ferestre prin care se drenează, dar în zonă există și un strat acvifer cu ape sub presiune, având în acoperiș un strat impermeabil cu grosime variabilă, care pe alocuri este de doar 3 – 4 m. În astfel de cazuri, presiunea mare a apei poate determina ruperea stratului impermeabil. Totuși, înălțimea mare a haldei și greutatea specifică a materialului haldat reduc semnificativ sau chiar elimină acest risc.

Caracteristicile geotehnice ale rocilor din fundament se asimilează cu cele ale rocilor din taluzurile in-situ. Astfel, la efectuarea analizelor de stabilitate, valorile medii ponderate ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor din taluzurile in-situ rezultate în urma prelucrărilor statistice vor fi utilizate și pentru rocile din fundamentul haldei.

6.2 Caracteristicile geotehnice ale rocilor aflate în stare saturată

Caracteristicile geotehnice ale rocilor sunt puternic influențate de factorii externi sau interni care acționează asupra acestora. Acțiunea apei are o puternică influență negativă asupra rocilor, determinând modificarea caracteristicilor geotehnice ale rocilor și înrăutățirea acestora în sensul reducerii sau pierderii rezervei de stabilitate a masivului/depozitului de roci.

În cazul pământurilor, se consideră că acestea ating starea de saturație în momentul în care pasta consistentă obținută din 50 – 100 g material, prin amestecare cu spatula într-o capsulă de porțelan, nu mai absoarbe în decurs de 30 de secunde apa cu care se amestecă, iar aceasta se răspândește pe suprafața probei, dându-i un luciu caracterisc (relația 6.1). (Hirian et al., 1981)

(6.1)

Umiditatea în stare naturală a probelor prelevate din perimetrul minier Peșteana Nord variază foarte mult. În funcție de valoarea coeficientului de saturație, rocile s-au aflat în stare uscată până la saturată. Acest lucru se datorează, în primul rând, faptului că probele au fost prelevate din diferite strate aflate la adâncimi diferite. De asemenea, influențele climatice recente și natura rocilor au determinat umiditatea acestora.

Umiditatea la saturație a rocilor s-a determinat inițial prin calcul. Cunoscând valoarea umidității la saturație și valoarea umidității naturale determinată prin încercări de laborator, probele s-au adus la saturație, astfel:

– s-au cântărit câte 1000 g de material din fiecare probă a căror umiditate naturală era cunoscută;

– s-au determinat prin calcul cantitățile de apă necesare pentru a putea aduce probele la saturație;

– s-au adăugat cantitățile necesare de apă și probele au fost acoperite și lăsate să absoarbă apa pentru minim 24 de ore până la efectuarea încercărilor pentru a asigura o răspândire cât mai uniformă a apei în masa rocilor (saturarea s-a efectuat respectând întocmai cantitatea de apă determinată prin calcul);

– s-au verificat condițiile ca materialul să nu mai absoarbă apă și ca apa să se răspândească uniform pe suprafața probei;

– s-a determinat încă odată, în laborator, umiditatea rocilor pentru a verifica starea/coeficientul de saturație;

– s-a reluat acest procedeu de mai multe ori, acolo unde a fost cazul, până când s-au obținut valori ale umidității la saturație cât mai apropiate de valorile calculate.

Încercările de rupere la forfecare, s-au efectuat pentru probe a căror umiditate la saturație a fost considerată cea determinată în laborator wsatdet (tabelul 6.15).

Tab. 6.15 Umiditatea probelor

Având în vedere modul de saturare a rocilor, s-a dorit verificarea diferenței dintre umiditatea calculată și cea determinată, întrucât diferențele mari duc la apariția erorilor în calculul coeficientului de stabilitate. Nu s-au constatat diferențe mai mari de ± 2%, astfel că valorile determinate ale umidității la saturație pot fi considerate acceptabile.

6.2.1 Încercarea de rupere la forfecare

Încercarea de rupere la forfecare s-a efectuat în aparatul de forfecare, atât pentru rocile aflate în stare naturală, cât și în stare saturată.

Din cele 14 probe prelevate din perimetrul minier Peșteana Nord 4 sunt probe nisipoase necoezive, 3 sunt probe saturate (PH2, PH3, PH4; ca urmare a precipitațiilor căzute în zilele dinaintea prelevării), iar o probă (PC4) nu a fost supusă încercării la forfecare deoarece natura și structura rocii nu a permis introducerea materialului în caseta de forfecare, fiind o argilă nisipoasă, puțin umedă și foarte compactă. Astfel, din cele 14 probe, s-au putut efectua încercări pe 13 probe.

Caracteristicile geotehnice ale rocilor, rezultate în urma efectuării încercărilor, sunt redate în tabelul 6.16.

Tab. 6.16 Caracteristicile geotehnice ale rocilor în stare saturată

Valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor saturate, obținute în urma efectuării calculelor, determinărilor și încercărilor, au fost comparate cu valori existente în literatura de specialitate (tabelele 6.17 – 6.18) și concluzia fiind că acestea se încadrează în limitele stabilite de diferite clasificări.

Tab. 6.17 Valori orientative ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor din zona minieră a Olteniei (Rotunjanu, 2005)

Tab. 6.18 Valorile caracteristicilor fizico-mecanice pentru pământuri argiloase, în funcție de starea de consistență (Rotunjanu, 2005)

Pentru a putea pune în evidență modificările apărute la nivelul caracteristicilor geotehnice ale rocilor odată cu saturarea acestora, s-au efectuat comparații privind caracteristicile geotehnice ale rocilor aflate în diferite stări de umiditate, respectiv stare naturală și stare artificială. Aceste rezultate vin în completarea datelor existente în studiile și literatura de specialitate.

6.2.2 Modificarea caracteristicilor geotehnice în condiții saturate

Odată cu creșterea umidității rocilor are loc și o creștere a greutății volumetrice a acestora, ceea ce implică creșterea forțelor de alunecare. Creșterea umidității rocilor determină o reducere semnificativă a coeziunii și a unghiului de frecare interioară a rocilor, ceea ce conduce la reducerea forțelor de rezistență. Așadar, umiditatea are o puternică influență asupra stabilității masivelor/depozitelor de roci.

În tabelul 6.19 se redau rezultatele încercărilor de rupere la forfecare efectuate în laborator pentru roci în stare naturală și saturată, pentru coeziune, respectiv pentru unghiul de frecare interioară. Rezultatele obținute au fost prezentate prin intermediul unor diagrame (figurile 6.24 – 6.25) pentru a evidenția variația coeziunii și unghiului de frecare interioară în funcție de umiditate, respectiv reducerea caracteristicilor de rezistență ale rocilor odată cu creșterea umidității.

Variațiile majore înregistrate se datorează atât naturii rocilor, care diferă de la o probă la alta, cât și umidității naturale a acestora (umiditatea la momentul prelevării probelor). S-au întâlnit roci de natură nisipoasă, argiloasă și prăfoasă și combinații ale acestor tipuri de roci, în diferite proporții. Din punct de vedere al umidității acestora, s-au întâlnit roci uscate până la saturate.

Tab. 6.19 Coeziunea și unghiul de frecare interioară a rocilor în funcție de umiditate și de natura rocilor

Fig. 6.24 Coeziunea rocilor în funcție de umiditate și de natura rocilor (Apostu and Lazar, SGEM, 2019)

Fig. 6.25 Unghiul de frecare interioară al rocilor în funcție de umiditate și de natura rocilor (Apostu and Lazar, SGEM, 2019)

În momentul prelevării și efectuării determinărilor și încercărilor, probele PH2, PH3 și PH4 se aflau în stare saturată. Așadar, nu există modificări ale coeziunii și unghiului de frecare interioară, întrucât starea saturată coincide, în aceste cazuri, cu starea naturală a rocilor. De asemenea, printre probele prelevate se numără 4 probe nisipoase la care nu s-au înregistrat modificări ale coeziunii, aceasta fiind c = 0, dar s-au înregistrat modificări ale unghiului de frecare interioară.

Analizând coeziunea pentru toate cele 13 probe, s-a observat o reducere a acesteia cuprinsă între 0 – 88%, în funcție de natura și umiditatea rocilor. S-a observat că rocile nisipoase nu au avut coeziune sau unele au avut coeziune mică, aceasta fiind dată de existența unor fracțiuni argiloase, prăfoase sau marnoase. La rocile care au în compoziție argile și praf s-au înregistrat reduceri semnificative ale valorilor coeziunii pentru rocile aduse în stare saturată. Excluzând probele nisipoase necoezive, cât și pe cele saturate, au rămas 6 probe la care s-a putut evalua variația coeziunii de la stare naturală la stare saturată. Pentru acestea, s-a observat o reducere a coeziunii cuprinsă între 33 – 88%, în funcție de natura și umiditatea rocilor.

La cele 13 probe pentru care s-a analizat unghiul de frecare interioară, s-a observat o reducere a acestuia cuprinsă între 0 – 54%, în funcție de natura și umiditatea rocilor. Excluzând probele saturate, au rămas 10 probe la care s-a putut evalua variația unghiului de frecare interioară, de la stare naturală la stare saturată. Pentru acestea, s-a observat o reducere a unghiului de frecare interioară cuprinsă între 12 – 54%, în funcție de natura și umiditatea rocilor.

Cele mai importante reduceri ale valorilor unghiului de frecare interioară ( > 30%) s-au înregistrat la probele PC1, PH1, PH5, PH9, în timp ce pentru celelalte 6 probe s-au înregistrat reduceri ale unghiului de frecare interioară de până la 20%.

Din cele 4 probe la care s-au înregistrat reduceri ale unghiului de frecare interioară cu peste 30%, o singură probă este de natură nisipoasă, celelalte fiind roci de natură argiloasă, prăfoasă, cu conținut de fracțiune nisipoasă.

Toate cele 6 probe la care s-au înregistrat reduceri ale unghiului de frecare interioară sub 20%, sunt roci de natură exclusiv nisipoasă sau roci nisipoase cu elemente de argilă, cu sau fără elemente de pietriș.

În tabelul 6.20 s-au centralizat valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor (greutate volumetrică, coeziune și unghi de frecare interioară), atât pentru rocile aflate în stare naturală, cât și pentru cele aflate în stare saturată, pentru a asigura o analiză rapidă a rezultatelor.

Tab. 6.20 Tabel comparativ – Valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor în stare naturală, respectiv saturată

Conform rezultatelor prezentate în tabelul 6.20, se observă gradul mare de variație al valorilor determinate. Aceste variații rezultă ca urmare a naturii diferite a rocilor prelevate, dar și a umidității naturale a acestora și a gradului de saturație, care variază de la uscat până la saturat.

Așadar, este necesară aprofundarea cercetărilor asupra acestor caracteristici sau analiza datelor obținute în urma determinărilor efectuate de către instituțiile de specialitate, urmată de o prelucrare statistico-matematică pentru rocile caracteristice coloanei litologice. Având în vedere faptul că cele 14 probe de roci prelevate din perimetrul Peșteana Nord sunt insuficiente pentru a obține coeficienți de stabilitate siguri și satisfăcători, s-a ales efectuarea unei prelucrări statistico-matematică a valorilor caracteristicilor geotehnice ale rocilor din coloanele litologice analizate (conform profilului geologic, vezi figura 4.8 și forajelor geotehnice F1 – F9 și secțiunilor S1 – S3 din figura 6.5).

Valorile caracteristicilor geotehnice determinate în laborator stau la baza completării unor șiruri de date preluate din studiile de specialitate efectuate pe parcursul a peste 4 decenii, fiind ulterior supuse unor prelucrări în scopul determinării unor valori reprezentative.

Datele preluate din literatura și studiile de specialitate, respectiv datele obținute în urma încercărilor efectuate în laborator, au fost centralizate în Anexele 1 și 2, separat pentru material in-situ și material haldat.

6.3 Prelucrarea statistico-matematică a valorilor caracteristicilor geotehnice

În prezent, stabilitatea taluzurilor și a versanților este estimată teoretic, folosind diferite metode și procedee de calcul din mecanica pământurilor, pentru diferite tipuri de roci și ipoteze de calcul, sau practic, prin măsurarea deformațiilor de teren.

Determinarea corectă a caracteristicilor geotehnice ale rocilor permite interpretarea proceselor de deformare care pot fi întâlnite în teren, iar calculele de rezistență și stabilitate ale taluzurilor și versanților permit adoptarea soluțiilor de proiectare, de asigurare a stabilității și de conducere efectivă a proceselor tehnologice de excavare, haldare și rambleiere.

Neomogenitatea formațiunilor geologice, anizotropia rocilor, condițiile de colectare a probelor, metodele și metodologiile de lucru sunt câțiva dintre factorii care conduc la obținerea unor valori cu dispersii mari pentru indicii geotehnici. Alegerea valorilor reprezentative ale caracteristicilor geotehnice este o operație dificilă, drept pentru care se recomandă prelucrarea statistico-matematică a unor șiruri cuprinzătoare de date. (Rotunjanu, 2005)

Prelucrarea statistico-matematică a datelor este o metodologie care cuprinde operații cu ajutorul cărora se asigură trecerea de la datele individuale la date și informații care permit caracterizarea întregii colectivități cercetate. Prelucrarea presupune sintetizarea și compararea datelor, astfel încât să se elimine ceea ce este întâmplător și neesențial în producerea și manifestarea fenomenului studiat.

Orice demers care implică prelucrarea datelor presupune parcurgerea mai multor etape: culegerea, centralizarea și gruparea datelor, prelucrarea datelor și calculul sistemului de indicatori prin care se caracterizează colectivitatea cercetată și prezentarea rezultatelor prelucrării sub formă de serii, tabele și/sau grafice.

În prima etapă s-au preluat și prelucrat datele necesare în vederea obținerii unor valori reprezentative pentru stratele de roci in-situ, respectiv pentru amestecul de roci din haldă.

În vederea obținerii unor valori reprezentative ale caracteristicilor geotehnice se vor aplica următoarele metode:

Prelucrarea statistico-matematică și calculul valorilor medii ale caracteristicilor geotehnice pentru rocile in-situ în funcție de natura acestora;

Prelucrarea statistico-matematică și calculul valorilor medii ponderate ale caracteristicilor geotehnice pentru rocile haldate în funcție de natura rocilor și de ponderea cu care acestea intră în amestecul de roci.

O parte dintre valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor din taluzurile in-situ și de haldă din perimetrul minier Peșteana Nord au fost preluate din documentațiile puse la dispoziție de către Complexul Energetic Oltenia și Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit, Craiova.

Pentru a obține un șir cât mai lung de date și pentru a cuprinde valori reprezentative s-au luat în considerare și datele caracteristice perimetrului minier Peșteana Sud. Acestea nu prezintă variații foarte mari, aflându-se la distanță foarte mică de perimetrul minier Peșteana Nord. Practic, perimetrul minier Peșteana Nord este mărginit la sud de perimetrul minier Peșteana Sud.

De asemenea, s-au luat în considerare datele caracteristice perimetrelor miniere Beterega și Roșia de Jiu mergând pe premisa că aceste perimetre s-au dezvoltat tot în zona de luncă a râului Jiu, dar și date caracteristice întregului bazin minier Rovinari, variațiile fiind nesemnificative având în vedere faptul că, în general, rocile sunt de același tip și au valori apropiate ale caracteristicilor geotehnice. În plus, determinarea valorilor medii ale caracteristicilor geotehnice ale principalelor roci are la bază multiplele determinări efectuate de-a lungul anilor de institute de cercetare și universități de prestigiu, cu specializări în domeniul minier. (Huidu, 2012; Rotunjanu, 2005; Todorescu,1984)

Datele preluate provin dintr-o serie de studii efectuate în vederea evaluării stabilității lucrărilor miniere, începând cu anul 1973 și până în anul 2015. Valorile predominante sunt caracteristice perimetrului minier studiat, respectiv Peșteana Nord.

Cele mai importante caracteristici geotehnice necesare în vederea determinării coeficientului de stabilitate sunt: greutatea volumetrică, coeziunea și unghiul de frecare interioară.

6.3.1 Valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor aflate în stare naturală

S-a efectuat o centralizare și prelucrare a datelor existente, într-un fișier Microsoft Excel 2010, ce constă în stabilirea șirurilor de date în funcție de natura rocilor întâlnite în masiv, eliminarea valorilor extreme și calculul propriu zis al valorilor medii.

6.3.1.1 Calculul valorilor medii ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor in-situ

S-a urmărit, pe cât posibil, ca pentru taluzurile in-situ să se ia în considerare stratificația naturală și valorile caracteristicilor geotehnice corespunzătoare fiecărui tip de rocă.

În tabelul 6.21 sunt redate rezultatele obținute în urma calculului valorilor medii ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor din taluzurile carierei. Șirurile de date care au stat la baza calculului valorilor medii ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor in-situ au fost preluate din tabelele anexate în Anexa 1, iar rezultatele prelucrării sunt prezentate în Anexa 3.

Tab. 6.21 Valorile medii ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor in-situ

În cazul nisipurilor pure, pietrișurilor și a bolovănișurilor coeziunea este 0, ele fiind caracterizate doar de unghiul de frecare interioare. În multe cazuri, rocile nisipoase prezintă o mică coeziune foarte redusă, ca urmare a faptului că acestea conțin și fracțiuni de dimensiuni mai mici, precum prafuri și argile, care se comportă ca un liant. În schimb, în cazul pietrișurilor și bolovănișurilor, valoarea coeziunii este întotdeauna nulă.

6.3.1.2 Calculul valorilor medii ponderate ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor haldate

Stratele de roci sterile din perimetrul Peșteana Nord sunt constitute în principal dintr-o succesiune de roci argiloase (28,36%), marnoase (12,72%) și nisipoase (47,91%), la care se adaugă pietrișurile și bolovănișurile din terasă (9,82%) și solul vegetal (1,19%).

Natura materialului haldat a evidențiat aceleași tipuri de roci, deci s-a considerat că materialul steril din halda interioară este un amestec omogen de roci moi (nisip, argilă, marnă, sol vegetal), în care sunt încorporate fragmente de roci mai tari (bolovăniș, pietriș, bucăți de lignit). Așadar, materialul haldat este similar, diferențele care pun în pericol stabilitatea fiind gradul de afânare, reducerea caracteristicilor de rezistență meccanică în urma excavării și transportului, zona de amplasare, forma și înclinarea terenului de bază, forma geometrică a haldei, prezența apelor etc.

Șirurile de date care au stat la baza calculului valorilor medii ponderate ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor haldate au fost preluate din tabelele anexate în Anexa 2, iar rezultatele prelucrării sunt prezentate în Anexa 4.

Cunoscând participația procentuală a rocilor în haldă și valorile medii ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor haldate în funcție de natura acestora, a fost posibilă determinarea valorilor medii ponderate reprezentative pentru întregul amestec steril. În tabelul 6.22 sunt redate valorile medii pe tipuri de roci, respectiv rezultatele finale obținute în urma calculului valorilor medii ponderate ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor haldate.

Tab. 6.22 Valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor haldate și ale amestecului de roci

Coeziunea relative redusă a amestecului de roci rezultă ca urmare a fracțiunilor importante de roci necoezive (nisip, pietriș și bolovăniș – cca. 57%) care se regăsesc în corpul haldei.

Analizând valorile caracteristicilor geotehnice rezultate în urma prelucrării și a calculului valorilor medii se observă o scădere a acestora în cazul materialului haldat față de materialul in-situ (tabelul 6.23).

Tab. 6.23 Tabel comparativ – Valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor in-situ, respectiv ale rocilor haldate

Greutatea volumetrică a rocilor s-a redus cu aproximativ 2 până la 12%, în funcție de natura rocilor, cea mai mare reducere observându-se la rocile nisipoase. Scăderea greutății volumetrice se explică prin afânarea materialului odată cu extragerea din masiv și manipularea acestuia. În timp, după depunerea în haldă, greutate volumetrică va crește ca urmare a tasării și compactării naturale sau artificiale a materialului haldat.

Spre deosebire de rocile marnoase, la care s-a înregistrat o scădere a coeziunii de 15%, la rocile argiloase s-a produs o reducere mult mai mare a coeziunii, de aproximativ 40%. De asemenea, coeziunea rocilor nisipoase a scăzut cu peste 50% odată cu excavarea acestora și depozitarea în halda interioară.

În ceea ce privește valoarea unghiului de frecare interioară, aceasta s-a redus cu aproximativ 3 până la 11%, cea mai mare reducere observându-se la rocile marnoase.

Valorile caracteristicilor de rezistență ale rocilor se reduc ca urmare a distrugerii structurii rocilor și a forțelor de legătură dintre particulele solide.

6.3.2 Valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor aflate în stare saturată

În general, probele prelevate din perimetrul Peșteana Nord sunt roci de natură nisipoasă și argiloasă. Probele de roci au fost supuse încercărilor atât în stare naturală, cât și în stare saturată. S-a observat faptul că din stare naturală în stare saturată are loc o creștere a greutății volumetrice și o reducere a coeziunii și a unghiului de frecare interioară, astfel:

– la rocile nisipoase are loc o creștere a greutății volumetrice cu 9,43% și o reducere a coeziunii și a unghiului de frecare interioară cu 37%, respectiv 13,91%;

– la rocile argiloase are loc o creștere a greutății volumetrice cu 2,39% și o reducere a coeziunii și a unghiului de frecare interioară cu 60,91%, respectiv 35,09% (figurile 6.26 – 6.27).

Fig. 6.26 Modificarea caracteristicilor geotehnice la rocile nisipoase în urma saturării acestora

Fig. 6.27 Modificarea caracteristicilor geotehnice la rocile argiloase în urma saturării acestora

Totuși, absența fracțiunilor de pietriș, bolovăniș, marnă și sol vegetal în probele prelevate, roci întâlnite în coloanele stratigrafice, a afectat prelucrarea datelor și obținerea unor valori reprezentative pentru roci în stare saturată.

Datele privind valorile caracteristicilor de rezistență ale rocilor aflate în stare saturată existente în literatura de specialitate și în studiile geotehnice, sunt insuficiente pentru a efectua o prelucrare statistico-matematică în scopul obținerii unor valori reprezentative.

De aceea, pentru analiza stabilității taluzurilor definitive ale golului remanent al carierei Peșteana Nord în diferite etape ale inundării acestuia pentru roci aflate în stare saturată s-au luat în considerare valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor aflate în stare naturală, obținute în urma prelucrării statistico-matematice și nivelul apei din formațiunile acvifere, respectiv în corpul haldei interioare. În general, analizele de stabilitate se efectuează luând în considerare nivelul apei din formațiunile acvifere. Soft-ul Slide, utilizat pentru analiza stabilității, permite și este capabil să efectueze analizele de stabilitate atât în condițiile manifestării presiunii apei din roci, cât și în cazul taluzurilor submersate.

CAPITOLUL 7

ANALIZA STABILITĂȚII TALUZURILOR DEFINITIVE

Elementele geometrice ale taluzurilor definitive ale carierelor (înălțime, înclinare, berme de siguranță etc.) trebuie proiectate și respectate, astfel încât să nu existe risc de alunecare. În cazul inundării, datele problemei se schimbă, astfel că se impun analize suplimentare, întrucât apa, ca factor de influență, modifică considerabil starea de eforturi din masivul/depozitul de roci.

7.1 Metode de evaluare a stabilității taluzurilor

Metodele teoretice sau practice de evaluare a stabilității taluzurilor și versanților, bazate pe metode de calcul, respectiv pe măsurarea deformațiilor de teren, sunt indicate pentru majoritatea situațiilor, chiar și în cazurile cele mai complicate, pentru a obține o evaluare aproximativă a stabilității. (Rotunjanu, 2005)

De cele mai multe ori, în scopul analizării stabilității, se utilizează metode de analiză bazate pe starea de echilibru limită pe o anumită suprafață de alunecare. Alunecările pot avea diferite mecanisme și pot fi caracterizate de o suprafață de alunecare bine definită. Formele cele mai frecvente ale acestora, care pot fi analizate după metoda echilibrului limită, sunt cele plane, cilindrico-circulare și poligonale. (Rotunjanu, 2005)

7.1.1 Alunecări după suprafețe cilindrico-circulare

Pentru determinarea stabilității taluzurilor în ipoteza alunecării după suprafețe cilindrico-circulare este necesar să se determine poziția suprafeței critice de alunecare. Abia după această etapă se trece la determinarea propriu-zisă a valorii coeficientului de stabilitate.

În literatura de specialitate există numeroase metode de determinare a suprafeței critice de alunecare, respectiv a coeficientului de stabilitate. Dintre procedeele grafice (Fodor, 1980; Chowdhury et al., 2010; Bishop, 1955) și grafo-analitice de determinare se menționează următoarele:

metode de determinare a suprafeței critice de alunecare: procedeele lui G. L. Fisenko, S. N. Nichitin și G. M. Panikov, W. Fellenius și N. Janbu;

metode de calcul a coeficientului de stabilitate: metoda fâșiilor verticale (W. Fellenius), metoda forțelor orizontale (Maslov – Berer), metoda Goldstein, metoda Bishop, metoda cercului de fricțiune, metoda spiralei logaritmice, metoda parametrilor adimensionali etc.

Diversitatea metodelor de determinare denotă faptul că nici una dintre ele nu este pe deplin satisfăcătoare. Marea majoritate a metodelor de calcul au fost elaborate pentru evaluarea stabilității taluzurilor alcătuite din roci argilo-marnoase. Alegerea metodelor se face ținând cont de condițiile din teren, natura și stratificația rocilor, geometria taluzurilor, prezența și influența factorilor externi și de opțiunile și experiența geotehnicianului. (Rotunjanu, 2005)

7.1.1.1 Metoda lui Fellenius

Metoda lui Fellenius, cunoscută în literatura de specialitate și sub denumirea de metoda fâșiilor verticale sau de metoda suedeză, se folosește pentru estimarea stabilității taluzurilor și versanților. Deși a fost elaborată pentru roci argiloase și omogene, nestratificate, în prezent această metodă este folosită de unii cercetători și pentru formațiuni de roci stratificate și heterogene din punct de vedere litologic. (Chowdhury et al., 2010)

Determinarea suprafeței critice de alunecare se efectuează, conform figurii 7.1, pornind de la valorile unghiurilor β1 și β2 definite de Fellenius în funcție de panta taluzului.

Masa alunecătoare, determinată de suprafața de alunecare stabilită, se împarte în mai multe fâșii (figura 7.2). De regulă, lățimea unei fâșii este bi =0,1R. În ipoteza în care suprafața de alunecare trece prin baza taluzului, masa alunecătoare este formată dintr-un prism activ și altul pasiv, separate de verticala ce trece prin centrul O al suprafeței de alunecare. În prismul activ predomină forțele de alunecare, iar în cel pasiv cele de rezistență care se opun alunecării. (Rotunjanu, 2005)

Fig. 7.1 Determinarea suprafeței critice de alunecare (Lazăr, 2010; Rotunjanu, 2005)

Fig. 7.2 Principiul de calcul al coeficientului de stabilitate după Fellenius (Lazăr, 2010; Rotunjanu, 2005)

Expresia coeficientului de stabilitate (Fs) este dată de raportul dintre suma momentelor forțelor care se opun alunecării (Mr) și suma momentelor forțelor care tind să pună în mișcare taluzul (Mal) (relația 7.1). (Rotunjanu, 2005)

(7.1)

Pentru ca taluzul să nu alunece, coeficientul de siguranță calculat trebuie să fie supraunitar. Pentru valori subunitare, masivul își pierde echilibrul natural și are loc alunecarea taluzului examinat.

7.1.1.2 Metoda lui Janbu

Metoda lui Janbu este cunoscută în literatura de stabilitate și sub denumirea de metoda parametrilor adimensionali și se utilizează pentru situațiile în care taluzul este format din mai multe strate cu proprietăți geotehnice diferite și se bazează pe calculul efortului la forfecare. Soluțiile matematice și graficele de lucru sunt deduse de la sistemul de lucru folosit de Nilmar Janbu, cunoscute sub denumirea de graficele lui Janbu. (Rotunjanu, 2005; Chowdhury et al., 2010)

Metoda lui Janbu analizează:

– stabilitatea taluzurilor în formațiuni de roci pur coezive (c ≠ 0, φ = 0);

– stabilitatea taluzurilor în formațiuni de roci cu coeziune și frecare interioară (c = 0, φ = 0).

În cazul taluzurilor simple, neafectate de influența altor factori, pe baza graficelor lui Janbu se determină elementele necesare pentru calculul factorului de stabilitate și a coordonatelor centrului arcului critic (figura 7.3).

Fig. 7.3 Graficul lui Janbu (Lazăr, 2010; Rotunjanu, 2005)

Factorul de stabilitate (Fs) poate fi calculat ținând cont de numărul de stabilitate pentru taluzurile simple (N; se notează No – numărul de stabilitate pentru taluzurile simple în cazul rocilor pur coezive și Ncφ în cazul rocilor cu coeziune și frecare interioară) dedus din graficul lui Janbu, coeziunea (c), greutatea volumetrică a rocilor în stare naturală (ɣa) și înălțimea taluzului (H), cu următoarea relație (relația 7.2):

(7.2)

De asemenea metoda lui Janbu permite calculul valorii factorului de stabilitate și în condițiile influenței altor factori, în literatura de specialitate fiind redate o serie de relații de calcul a factorului de stabilitate. (Rotunjanu, 2005)

7.1.1.3 Metoda lui Bishop

Metoda lui Bishop diferă de metoda lui Fellenius prin modul de deducere a expresiei forțelor normale efective de pe suprafața de alunecare. Astfel, expresia forțelor normale în cazul metodei lui Bishop este dedusă din condiția de echilibru pe verticală a forțelor. (Bishop, 1955; Rotunjanu, 2005)

Conform metodei lui Fellenius, expresia factorului de stabilitate, pentru cazul în care intervine presiunea apei din pori și o sarcină Q, poate fi scrisă (relația 7.3):

(7.3)

În cazul deducerii expresiei forțelor normale efective din condiția de echilibru pe verticală a forțelor, relația de calcul a factorului de stabilitate, dedusă de Bishop, pentru același gen de solicitări are forma (relațiile 7.4 – 7.5):

(7.4)

sau

(7.5)

în care:

sau

Pentru simplificarea calculului, parametrul mθi se poate determina folosind unul dintre graficele lui Janbu (figura 7.4).

Fig. 7.4 Graficul lui Janbu pentru determinarea parametrului mθi (Rotunjanu, 2005)

Pentru a se asigura stabilitatea taluzului, este necesar ca valoarea lui Fs să fie supraunitară. Se observă că Fs este implicit în expresia factorului de stabilitate. Caracterul implicit al relației lui Bishop impune folosirea calculului repetitiv. Pentru o convergență rapidă a valorilor factorului de stabilitate, se recomandă ca valoarea de start a factorului de stabilitate să fie cea calculată prin metoda Fellenius. Prin repetiții se determină valoarea lui Fs corespunzătoare la două cicluri repetitive pentru care diferența dintre valoarea adoptată și cea obținută este foarte mică (sub 0,001 în cazul calculului electronic). (Rotunjanu, 2005; Chowdhury et al., 2010) Deci, pentru a se putea folosi expresia lui Bishop se determină mai întâi Fs prin metoda lui Fellenius și valoarea obținută se introduce în membrul doi al expresiei, după care se calculează valoarea coeficientului de stabilitate.

Rezultatele obținute prin metoda lui Bishop sunt apropiate ca valoare de cele obținute prin metoda cercului de fricțiune și prin metoda parametrilor adimensionali.

7.1.2 Alunecări după suprafețe poligonale

Alunecările după suprafețe cu contur poligonal au loc, în general, în cazul masivelor stratificate, tectonizate, care prezintă falii sau fisuri și depind de caracteristicile de rezistență ale rocilor pe suprafețele de contact.

O situație asemănătoare se întâlnește și în cazul haldelor de steril construite pe versanți cu înclinare variabilă.

Când suprafața de alunecare constă dintr-o succesiune de planuri cu înclinări diferite calculul factorului de stabilitate este destul de dificil. Componentele tangențiale, care provoacă alunecarea, se modifică odată cu schimbarea înclinării planului respectiv de alunecare, deci și factorul de stabilitate variază de la un sector la altul (figura 7.5). (Rotunjanu, 2005; Lazăr and Faur, 2015)

Fig. 7.5 Analiza de stabilitate după suprafețe poligonale; a – delimitarea sectoarelor; b – materializarea forțelor care acționează asupra unui sector; c – determinarea factorului de stabilitate pentru sectorul analizat; d – determinarea forței de împingere Ei (Lazăr, 2010; Rotunjanu, 2005)

Dintre forțele care acționează asupra unui sector “i” sunt cunoscute forțele normale (Ni), tangențiale (Ti), respectiv greutatea (Gi), iar necunoscute ca valoare sunt rezultanta Si dintre forțele de frecare (Nitgφ) și reacțiunea (Ni’) și forța de împingere Ei. Forța Ei-1 se consideră cunoascută prin calcul de stabilitate a sectorului vecin din amonte. Pentru determinarea analitică a celor 2 necunoscute se aplică relațiile 7.6 – 7.7. (Rotunjanu, 2005)

(7.6)

(7.7)

În funcție de stabilitatea sectoarelor individuale există 2 situații:

– situația în care un sector este instabil și poate exercita sarcini asupra sectorului vecin, reducându-i rezerva de stabilitate;

– situația în care un sector este stabil și poate juca rolul unui prism de reazem pentru sectorul vecin, sporindu-i rezerva de stabilitate.

7.2 Evaluarea stabilității taluzurilor definitive ale golului remanent

Cartarea geotehnică de teren și studiile anterioare au arătat că cele mai probabile suprafețe de alunecare sunt suprafețele cilindro-circulare care se formează în masivul și/sau depozitul de roci și se transmit prin piciorul taluzului și prin fundamentul direct. Având în vedere faptul că fundamentul haldei înclină ușor către treptele carierei în zona treptelor I și II ale haldei, s-au efectuat analize de stabilitate și după suprafețe poligonale, strict pe acea porțiune de fundament pe care sunt construite treptele I și II ale haldei.

În consecință, analizele de stabilitate se vor realiza pe baza acestor ipoteze.

Pentru analiza de stabilitate a taluzurilor definitive ale golului remanent al carierei Peșteana Nord s-a utilizat softul specializat în geotehnică Slide. (Rocscience, 2010) Soft-ul Slide este un software de analiză a stabilității taluzurilor. Slide analizează stabilitatea taluzurilor naturale și artificiale indiferent de geometrie. Acesta poate efectua analizele atât în condiții statice, cât și dinamice, precum și în cazul manifestării presiunii apei din roci sau în cazul taluzurilor submersate.

Prima etapă în utilizarea soft-ului Slide este introducerea elementelor geometrice și geotehnice caracteristice taluzului. Soft-ul permite definirea manuală, dar și automată a suprafețelor de alunecare. Programul calculează automat factorii de stabilitate, utilizând în acest scop diferite metode și oferind posibilitatea alegerii metodei/metodelor dorite. În prezentul studiu, pentru efectuarea analizelor de stabilitate s-au ales 3 metode de calcul: Fellenius, Janbu și Bishop. Se determină în final suprafața critică de alunecare, căreia îi corespunde valoarea minimă a factorului de stabilitate.

În general, rezultatele analizelor de stabilitate, pentru diferite exemple de calcul, indică o bună concordanță între valorile factorilor de stabilitate obținute prin diferite metode.

Cele trei metode, au oferit valori apropiate ale coeficienților de stabilitate, astfel că s-luat în considerare doar valorile minime rezultate, în general, în urma aplicării metodei lui Janbu.

Pentru a putea spune că taluzul sau versantul are o anumită rezervă de stabilitate, valoarea factorului de siguranță trebuie să fie supraunitară. Alegerea valorii care se impune pentru rezerva de stabilitate trebuie să se facă luând în considerare importanța economică și socială a obiectivului, precum și durata mare de rămânere în loc a acestuia. Pentru construcții de importanță socială și economică redusă, valorile factorului de stabilitate pot fi mai mici (Fs = 1,2 – 1,3), iar pentru construcțiile importante, valorile factorului de stabilitate trebuie să fie mai mari (Fs = 1,5 – 3). (Rotunjanu, 2005)

La determinarea geometriei taluzurilor definitive trebuie să se țină seama și de timpul de stagnare a acestora. Pentru calcule aproximative se recomandă următorii coeficienți de siguranță la stabilitate:

– pentru durate mici de serviciu (< 1 an), Fs = 1,1 – 1,2;

– pentru durate medii de serviciu (1 – 20 ani), Fs = 1,2 – 1,5;

– pentru durate mari de serviciu (> 20 ani), Fs = 1,5 – 2,0;

– pentru durate foarte mari de serviciu (seculare), Fs ≥ 3. (Fodor, 1980; Rotunjanu, 2005)

În cazul sistemului de trepte al haldelor de steril, normele departamentale privind construcția, întreținerea și supravegherea haldelor impun o valoare a coeficientului de stabilitate de peste 3 (Fs > 3). (***, MMPG, 1974) Astfel, lucrările de reamenajare și reabilitare pot începe numai după ce s-au luat măsuri de prevenire a producerii alunecărilor. (Lazăr and Faur, 2015)

Pentru a ține seama de posibilele erori introduse în calcule, pentru gradul de încredere și respectarea legii, s-a impus o valoare optimă a factorului de stabilitate cuprinsă în intervalul Fs = 1,25 ÷ 1,5 pentru taluzurile individuale și Fs > 3 pentru sistemele de trepte.

7.2.1 Analiza stabilității taluzurilor definitive aflate în stare naturală

Analizele de stabilitate au urmărit stabilitatea taluzurilor definitive în condițiile funcționării sistemelor de asecare, respectiv înainte de demararea procesului de inundare a golului remanent.

Valorile caracteristicilor geotehnice luate în calcul la evaluarea stabilității treptelor individuale ale carierei, respectiv ale haldei, sunt cele rezultate în urma calculului valorilor medii și a prelucrării statistico-matematice.

În cazul rocilor in-situ, analizele de stabilitate s-au efectuat pe baza valorilor medii caracteristice în funcție de natura rocilor, astfel: marnoase, argiloase, nisipoase, pietriș și bolovăniș și lignit (vezi tabelul 6.21 sau Anexa 3, tabelul A.3.1). (Apostu and Faur, Timișoara, 2018)

Treptele carierei și stratele de roci caracteristice au fost modelate și definite cu ajutorul soft-ului Slide.

Materialul haldat reprezintă un amestec heterogen de roci (marnoase, argiloase, nisipoase, pietrișuri și bolovănișuri, dar și sol vegetal pentru care extragerea selectivă a fost ineficientă). În acest caz, s-au stabilit 3 ipoteze (tabelul 7.1), iar analizele de stabilitate s-au efectuat pe baza a 3 seturi de valori caracteristice acestor ipoteze: medii-σ, medii și medii+σ, unde σ reprezintă abaterea medie pătratică (vezi Anexa 4, tabelul A.4.1). Nu s-au luat în considerare valorile minime și maxime întrucât acestea redau extremele, fiind în general cazuri rare, iar situațiile în care aceste valori caracterizează întreaga haldă sunt improbabile. (Apostu and Faur, Timișoara, 2018)

Tab. 7.1 Seturile de valori supuse analizelor de stabilitate

Având în vedere cele 3 ipoteze luate în calculul stabilității taluzurilor definitive ale haldei interioare, se apreciază faptul că setul de valori medii oferă indicații cât mai apropiate de realitate.

Valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor din fundamentul haldei se asimilează cu cele ale rocilor din taluzurile in-situ.

Fundamentul haldei și halda interioară au fost modelate și definite cu ajutorul soft-ului Slide.

După introducerea valorilor caracteristicilor geotehnice pentru definirea stratelor de roci in-situ și a amestecului de roci din haldă, se stabilește rețeaua de centre sau suprafața de alunecare (curbă sau poligonală) pentru care soft-ul calculează automat factorii de stabilitate.

Calculele de stabilitate s-au efectuat pentru condiții de umiditate naturală, fără a se mai lua în considerare și presiunea apei din pori, având în vedere că geometria treptelor carierei, geometria haldei, natura și granulometria materialelor facilitează drenarea apelor subterane.

Rezultatele analizelor de stabilitate pentru rocile aflate în stare naturală în momentul încetării activității miniere în condițiile funcționării sistemelor de asecare sunt redate în Anexele 6 și 7 (tabelele A.6.1 și A.7.1). În tabelul 7.2 sunt redate valorile coeficienților de stabilitate rezultate în urma a aplicării metodei lui Janbu, aceasta oferind cele mai mici valori ale coeficienților de stabilitate.

Tab. 7.2 Valoarea coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale ale carierei și ale haldei (stare naturală)

*1 suprafață curbă de minimă rezistență; 2 suprafață poligonală; 3 suprafață curbă definită prin piciorul taluzului;

Având în vedere faptul că prin piciorul taluzului pot fi definite nenumărate suprafețe de alunecare, pentru ansamblul de trepte I – IV ale carierei și ale haldei s-au definit mai multe suprafețe și s-au luat în considerare valorile cele mai mici ale coeficienților de stabilitate.

Pe baza recomandărilor existente în literatura de specialitate privind valoarea factorului de stabilitate și luând în considerare intervalul care conține valoarea optimă a factorului de stabilitate Fs = 1,25 ÷ 1,5 pentru taluzurile individuale, respectiv F > 3 pentru sistemele de trepte, ca urmare a analizelor de stabilitate efectuate pe taluzurile definitive ale carierei Peșteana Nord, s-au făcut următoarele observații:

în cazul treptelor formate din strate de roci nisipoase, în general roci fără coeziune sau a căror coeziune tinde spre valoarea 0, suprafața de alunecare va trece prin aceste strate de roci întrucât ele definesc suprafața de minimă rezistență (ex. treapta IV a carierei; figura 7.6);

Fig. 7.6 Analiza de stabilitate a treptei IV a carierei în condiții de drenare naturală a apei din roci

conform analizelor de stabilitate și a coeficienților de stabilitate obținuți pe suprafețele critice de alunecare, treptele II, III și IV ale carierei sunt stabile, valoarea coeficienților de stabilitate încadrându-se în intervalul care conține valoarea optimă. În schimb, pentru treapta I valoarea coeficientului de stabilitate se situează ușor sub limita inferioară a intervalului recomandat (figura 7.7).

Fig. 7.7 Analiza de stabilitate a treptei I a carierei în condiții de drenare naturală a apei din roci

în cazul ansamblului de trepte ale carierei, valoarea factorului de stabilitate depășește limita recomandată;

în cazul treptelor haldei, analizele de stabilitate s-au efectuat pe baza a 3 ipoteze. Astfel, valorile caracteristicilor geotehnice ale amestecului de roci au fost definite ca valori medii-σ, valori medii, respectiv valori medii+σ (unde σ reprezintă abaterea medie pătratică) obținute prin prelucrarea statistico-matematică a valorilor existente;

atât în cazul treptelor individuale, cât și în cazul ansamblului de trepte ale haldei, s-au obținut valori ale coeficienților de stabilitate peste cele recomandate pentru ipotezele în care caracteristicile geotehnice au valori medii și valori medii+σ;

pentru ipoteza cea mai defavorabilă, în care caracteristicile geotehnice au valori medii-σ, s-a constat că valorile coeficienților de stabilitate care definesc suprafețele de minimă rezistență se încadrează în intervalul care cuprinde valori satisfăcătoare ale coeficientului de stabilitate; deși valorile coeficienților de stabilitate pentru treptele II și IV ale haldei sunt supraunitare, acestea nu se încadrează în intervalul recomandat (figura 7.8); în cazul ansamblului de trepte ale haldei, valoarea coeficientului de stabilitate depășește valoarea recomandată indicând o rezervă de stabilitate ridicată;

pentru toate cele 3 ipoteze, s-a stabilit că alunecarea după suprafața de contact haldă-fundament pentru sistemul de trepte I și II (suprafață poligonală) este puțin probabilă sau chiar improbabilă (figura 7.9);

conform rezultatelor analizelor de stabilitate, este mai probabil ca alunecarea taluzurilor definitive ale golului remanent să aibă loc după o suprafață curbă, în special la taluzurile individuale;

Fig. 7.8 Analiza de stabilitate a treptei IV a haldei în condiții de drenare naturală a apei din roci

Fig. 7.9 Analiza de stabilitate a sistemului de trepte I-II a haldei în condiții de drenare naturală a apei din roci (suprafață de alunecare poligonală)

s-a constatat că suprafața de alunecare trece prin taluz, prin piciorul taluzului sau pe sub piciorul taluzului treptei.

7.2.2 Analiza stabilității taluzurilor definitive aflate în stare saturată

În general, refacerea formațiunilor acvifere existente anterior exploatării durează destul de mult. Crearea lacurilor în golurile remanente reprezintă una dintre puținele soluții de accelerarea a acestui proces.

Până la încheierea lucrărilor de exploatare a lignitului din cariera Peșteana Nord, se va efectua drenarea formațiunilor acvifere, artificial, prin foraje de asecare sau natural, prin taluzul carierei. Formațiunile acvifere existente înaintea exploatării în acest perimetru au fost distruse, însă, conform literaturii de specialitate, acestea se pot reface parțial în perioade relativ scurte de timp.

În cazul opririi sistemelor de asecare și a refacerii resurselor acvifere, problemele de stabilitate se amplifică întrucât acțiunea apei are efecte nefavorabile asupra stabilității taluzurilor definitive. Așadar, se impun analize suplimentare care constau în evaluarea stabilității taluzurilor în condiții saturate.

Oprirea sistemelor de asecare va permite refacerea resurselor de apă în stratele acvifere (nisipuri, pietrișuri). Chiar dacă argilele și marnele sunt roci poroase, ele sunt practic impermeabile, iar saturarea acestora poate avea loc doar în decursul a zeci sau sute de ani. În schimb, aceste tipuri de roci adsorb rapid apa sub formă de apă legată fizic, de unde și comportamentul lor plastic în condițiile producerii precipitațiilor abundente.

Analizele de stabilitate pentru taluzurile definitive ale carierei s-au efectuat luând în considerare următoarele:

– refacerea nivelului apelor subterane până în acoperișul formațiunilor acvifere;

– echilibrarea nivelului hidrostatic al stratului freatic și a nivelului apei din lac la cota actuală a freaticului, întrucât stratul de pietriș permite drenarea apei.

În ceea ce privește materialul haldat, saturarea întregului amestec de roci este imposibilă întrucât natura rocilor și gradul de afânare asigură drenarea apei din haldă. Analizele de stabilitate pentru taluzurile definitive ale haldei s-au efectuat luând în considerare următoarele situații:

– pentru treapta I a haldei coeficientul de stabilitate s-a determinat considerând vatra carierei inundată plus nivelul apei în haldă;

– pentru treptele II, III și IV coeficienții de stabilitate s-au determinat considerând treptele inferioare submersate plus nivelul apei în haldă.

Pentru toate situațiile s-a luat în considerare gradientul hidraulic maxim (I = 0,03) determinat pentru perimetrul minier Peșteana Nord.

Rezultatele analizelor de stabilitate pentru rocile aflate în stare saturată în condițiile amintite anterior sunt redate în Anexele 6 și 7 (tabelele A.6.1 și A.7.2). În tabelul 7.3 sunt redate valorile coeficienților de stabilitate rezultate ca urmare a aplicării metodei lui Janbu, aceasta oferind cele mai mici valori ale coeficienților de stabilitate.

Tab. 7.3 Valoarea coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale ale carierei și ale haldei (stare saturată)

*suprafață curbă de minimă rezistență;

Pe baza rezultatelor obținute s-au făcut următoarele observații:

– în condițiile saturării rocilor acvifere in-situ și a manifestării presiunii apei din pori, rezultă o reducere importantă a coeficientului de stabilitate pentru toate treptele, sub limita recomandată și chiar sub valoarea unitară (figura 7.10);

Fig. 7.10 Analiza de stabilitate a treptei I a carierei în condițiile manifestării presiunii apei din pori

– în cazul haldei, considerând că setul de valori medii oferă indicații cât mai apropiate de realitate, se observă că rezultatele obținute pentru treptele I (figura 7.11) și III indică trepte stabile, în schimb valorile coeficienților de stabilitate pentru treptele II și IV (figura 7.12) nu se încadrează în limitele recomandate.

Fig. 7.11 Analiza de stabilitate a treptei I a haldei în condițiile inundării vetrei carierei și a ridicării nivelului apei în haldă

Fig. 7.12 Analiza de stabilitate a treptei IV a haldei în condițiile submersării treptelor inferioare și a ridicării nivelului apei în haldă

Totuși, coeficienții de stabilitate indică o rezervă de stabilitate cuprinsă între 10 – 20% pentru treptele II și IV ale haldei chiar și în condițiile manifestării presiunii apei din pori. Așadar, aceste valori sunt acceptabile întrucât ele caracterizează taluzuri stabile.

7.2.3 Analiza stabilității taluzurilor definitive în diferite etape ale inundării golului remanent

S-a stabilit necesitatea efectuării analizelor de stabilitate în diferite etape ale inundării golului remanent, având în vedere că problemele de natură geotehnică pot să apară în special pe parcursul refacerii resurselor acvifere și a inundării golului remanent. După inundarea completă când are loc echilibrarea nivelului hidrostatic și a nivelului apei din lac este puțin probabil să mai apară fenomene geotehnice majore. Ca urmare a curenților de apă care se formează în lac poate să apară procesul de aplatizare a taluzurilor definitive, în special la taluzurile haldei.

În cazul taluzurilor submersate apa are o acțiune pozitivă prin presiunea hidrostatică care se manifestă pe taluzurile definitive.

Analizele de stabilitate în condiții submersate s-au efectuat după cum urmează:

– pentru treptele definitive ale carierei s-au definit nivelul piezometric al stratelor nisipoase până în acoperișul acestora, nivelul apei din lac și nivelul apei din masiv în ipoteza în care rocile argiloase și marnoase încep să adsoarbă apă;

– pentru treptele definitive ale haldei s-au definit nivelul apei din lac și nivelul apei în haldă, respectând gradientul hidraulic maxim caracteristic perimetrului (I = 0,03).

Analizele de stabilitate pentru taluzuri submersate s-au efectuat în diferite etape, respectiv în momentul submersării complete a fiecărei trepte a carierei și a haldei.

Rezultatele analizelor de stabilitate pentru taluzurile submersate sunt redate în Anexele 6 și 7 (tabelele A.6.1 și A.7.3). În tabelul 7.4 sunt redate valorile coeficienților de stabilitate rezultate ca urmare a aplicării metodei lui Janbu, aceasta oferind cele mai mici valori ale coeficienților de stabilitate.

Tab. 7.4 Valoarea coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale ale carierei și ale haldei (stare submersată)

* suprafață curbă de minimă rezistență;

Conform rezultatelor, coeficienții de stabilitate se încadrează și chiar depășesc limitele recomandate (figurile 7.13 – 7.14). Așadar, nu apar probleme de stabilitate la treptele definitive ale golului remanent în condiții sumersate.

Fig. 7.13 Analiza de stabilitate a treptei III a carierei în condiții submersate

Fig. 7.14 Analiza de stabilitate a treptei IV a haldei în condiții submersate

În tabelele 7.5 – 7.6 se redau valorile coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale ale taluzurilor definitive ale carierei, respectiv ale haldei. Se prezintă comparativ rezultatele obținute în următoarele situații: roci aflate în stare naturală drenată, roci în stare saturată cu influența apei în pori, respectiv taluzuri submersate.

Tab. 7.5 Valorile coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale definitive ale carierei – Comparație situații: roci drenate – roci saturate – taluzuri submersate

* suprafață curbă de minimă rezistență;

Tab. 7.6 Valoarea coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale definitive ale haldei – Comparație situații: roci drenate – roci saturate – taluzuri submersate

* suprafață curbă de minimă rezistență; Nat – Roci în stare naturală drenată; Sat – Roci saturate cu influența apei în pori; Sub – Taluzuri submersate

În condiții naturale, în cazul taluzului I al carierei și a taluzurilor II și IV ale haldei (pentru setul de valori medii-σ) se observă că valoarea coeficientului de stabilitate este supraunitară, însă este sub valoarea recomandată (Fs=1,25).

Luând în considerare influența apei, rezultă o scădere impresionantă a rezervei de stabilitate. Conform rezultatelor analizelor de stabilitate, s-au înregistrat reduceri de 10 până la 42% în cazul taluzurilor definitive ale carierei și de 10 până la 30% în cazul taluzurilor definitive ale haldei.

Cele mai mari reduceri ale rezervei de stabilitate s-au înregistrat la taluzurile III și IV ale carierei, de 37% și 42%, ca urmare a existenței stratelor acvifere de grosimi mari, nisipuri la care valorile caracteristicilor de rezistență sunt mici în condiții saturate. În aceste condiții, treptele III și IV ale carierei prezintă risc de alunecare. La treptele I și II ale carierei, rezerva de stabilitate s-a redus cu 10%, respectiv 24%, dar valoarea coeficientului de stabilitate a rămas supraunitară chiar și cu influența apei în pori.

Reduceri mari ale rezervei de stabilitate s-au înregistrat și la taluzurile haldei. Considerând că valorile medii ale caracteristicilor geotehnice oferă indicații reale se observă că, în condițiile date, coeficientul de stabilitate scade sub limita recomandată în cazul taluzurilor II și IV, dar valoarea rămâne supraunitară, ceea ce caracterizează un taluz stabil.

În ceea ce privește stabilitatea treptelor submersate, s-a constatat că nu există probleme de echilibru în niciuna dintre situații. Mai mult, rezervele de stabilitate sunt sporite ca urmare a manifestării presiunii apei pe taluzurile treptelor definitive. S-au înregistrat creșteri ale rezervelor de stabilitate de 16 până la 43% în cazul treptelor carierei și de 17 până la 35% în cazul treptelor haldei, față de condițiile naturale.

PARTEA a III-a

EVALUAREA RISCURILOR GEOTEHNICE.

STUDIU DE CAZ: INUNDAREA GOLULUI REMANENT AL CARIEREI PEȘTEANA NORD

CAPITOLUL 8

RISCURI GEOTEHNICE MAJORE ÎN CONDIȚIILE INUNDĂRII GOLURILOR REMANENTE

Lacurile de carieră sunt corpuri de apă formate ca urmare a inundării, naturale sau artificiale, a golurilor remanente rezultate în fostele perimetre miniere de exploatare la zi. Încetarea unei activități de exploatare are loc fie ca urmare a epuizării zăcământului, fie ca urmare a faptului că exploatarea nu mai este eficientă din punct de vedere tehnic și/sau economic.

Lacurile de carieră sunt corpuri de apă relativ tinere. Deși au numeroase avantaje (reintegrarea în peisaj, refacerea ecosistemelor, reutilizarea terenurilor degradate etc.), ele au un important dezavantaj și anume, starea de dezechilibru în care pot fi aduse taluzurile definitive ale golului remanent ca urmare a interacțiunii apei cu rocile care formează halda și taluzurile in-situ. În aceste condiții există o serie de riscuri care pot să apară din punct de vedere geotehnic.

Apa este una dintre principalele cauze ale pierderii stabilității terenurilor, întrucât determină înrăutățirea caracteristicilor de rezistență ale rocilor. Prezența apei în roci influențează starea de eforturi unitare prin: variația umidității rocilor și modificarea caracteristicilor geotehnice ale acestora, manifestarea presiunii apei din pori în condițiile saturării rocilor, manifestarea presiunii hidrodinamice în condițiile formării curenților acviferi, manifestarea fenomenelor sufozionare sau de lichefiere, manifestarea fenomenelor de eroziune ca urmare a scurgerilor superficiale ori ca urmare a acțiunii valurilor în cazul lacurilor etc. La acțiunea apei se mai adaugă o serie de factori și cauze care influențează producerea fenomenelor geotehnice negative.

8.1 Descrierea procesului de inundare

Odată cu finalizarea lucrărilor de exploatare în carieră și cu închiderea carierei are loc oprirea sistemelor de asecare. Există situații în care se recomandă continuarea asecării pentru evitarea manifestării fenomenelor geotehnice negative. În condițiile opririi lucrărilor de asecare, perioada de timp necesară inundării golurilor remanente este condiționată de cantitățile de apă disponibile din sursele naturale și artificiale de alimentare, respectiv de volumul golului remanent. (Vulpe, 2011)

Inundarea golurilor remanente ale fostelor cariere se poate realiza prin două metode:

– inundarea naturală – această metodă utilizează potențialul apelor subterane la care se adaugă aportul de apă din precipitații și din scurgerile superficiale. Inundarea naturală este condiționată de regimul apelor subterane (debit, coeficient de filtrare, viteză de curgere, nivel piezometric etc.), deoarece chiar dacă aportul de apă din precipitații și din scurgerile superficiale este semnificativ, inundarea completă a unui gol remanent de mari dimensiuni poate fi de lungă durată.

– inundarea artificială (sau combinată, întrucât se realizează atât natural, cât și artificial) – se aplică în condițiile în care, din motive tehnice, economice sau de securitate, se urmărește inundarea cât mai rapidă a golurilor remanente. De asemenea, se mai aplică în condițiile în care aportul de apă din surse naturale este insuficient. Inundarea artificială se poate realiza prin dirijarea apelor aflate în imediata apropiere a perimetrului, printr-un volum minim de lucrări hidrotehnice de deviere și dirijare controlată a acestora, prin alimentarea cu apă din rețeaua hidrografică a zonei prin lucrări hidrotehnice (canale de aducțiune) sau sistem de alimentare prin pompare. De asemenea, inundarea artificială se mai poate realiza prin utilizarea potențialului orizontului acvifer artezian printr-un volum minim de lucrări hidrotehnice, de exemplu prin intermediul forajelor de drenare cu erupție liberă.

Spre deosebire de inundarea artificială, inundarea naturală prezintă avantajul unor costuri reduse, dar este un proces de lungă durată. Inundarea artificială prezintă o serie de avantaje, precum preluarea funcțiunii viitoare considerabil mai repede, posibilitatea stabilirii cotei până la care este oportună ridicarea nivelului apei în lac, posibilitatea corelării lucrărilor de amenajare cu cantitatea de apă deviată în golul remanent. (Vulpe, 2011) Dezavantajele inundării artificiale sunt reprezentate costurile ridicate și de necesitatea executării lucrărilor hidrotehnice de deviere sau captare și pompare, care, chiar și printr-un volum minim de lucrări, au un impact negativ asupra mediului.

Soluția potrivită de inundare se alege astfel încât inundarea să fie eficientă din punct de vedere tehnico-economic, ținându-se cont de destinația lacului de carieră, de beneficiile pe care le aduce și de necesitatea punerii în exploatare într-o perioadă cât mai scurtă, dar în primul rând, de condițiile de siguranță și securitate.

8.2 Principalele categorii de riscuri geotehnice

Sub influența diverșilor factori externi sau interni, naturali sau artificiali, stabilitatea taluzurilor și versanților este pusă în pericol ca urmare a distrugerii echilibrului local sau de ansamblu dintre forțele care le/îi solicită și forțele de rezistență ale rocilor sau amestecului de roci. (Rotunjanu, 2005)

Întrucât fenomenele geotehnice pot avea efecte negative devastatoare, pentru împiedicarea manifestării acestora este necesară urmărirea evoluției deformațiilor premergătoare alunecărilor, a factorilor și cauzelor care influențează apariția fenomenelor geotehnice și prevenirea acestora prin aplicarea măsurilor corespunzătoare de sporire a stabilității.

Prezența discontinuităților, de tipul fisurilor, crăpăturiilor, faliilor, stratificațiilor etc,, și a modificărilor rezultate în urma manifestări fenomenelor de eroziune, sufozionare, de lichefiere sau de alunecare superficială sau de profunzime, afectează caracteristicile de rezistență ale rocilor și implicit ale masivelor de roci. (Rotunjanu, 2005)

Golurile remanente sunt, de cele mai multe ori, mărginite pe o parte de taluzurile definitive ale carierei, iar pe cealaltă parte de taluzurile haldei interioare. Spre deosebire de rocile ce alcătuiesc taluzurile definitive ale carierei, rocile sterile din halde sunt roci afânate, a căror coeziune a fost parțial afectată, ca urmare a excavării, transportului și depozitării acetora, și prezintă un risc mai ridicat de alunecare sub acțiunea diferiților factori externi.

Conform literaturii de specialitate (Rotunjanu, 2005; Stănciucu, 2018), principalele riscuri geotehnice care pot să apară în condițiile inundării golurilor remanente sunt:

– riscul de alunecare a taluzurilor definitive ale golului remanent;

– riscul de lichefiere a materialului din haldă;

– riscul de sufoziune la taluzurile definitive ale golului remanent;

– alte riscuri (eroziune, tasare anormală ș.a.).

Acțiunea apelor generează cele mai importante modificări la nivelul caracteristicilor geotehnice ale rocilor, acestea din urmă fiind responsabile de reducerea rezervei de stabilitate și de manifestarea fenomenelor geotehnice negative.

Apa provenită din precipitații manifestă o acțiune continuă, periodică și repetată de-a lungul anilor, asupra masivelor de roci. Atât apa provenită din ploi, cât și cea provenită din topirea zăpezilor, duce, în urma infiltrării, la îmbibarea rocilor cu apă, ceea ce determină creșterea umidității rocilor, respectiv a greutății volumetrice. De asemenea, se reduce coeziunea și unghiul de frecare interioară de unde rezultă o reducere a rezervei de stabilitate a masivului.

Spre deosebire de apele de suprafață, care manifestă, în general, o acțiune erozivă asupra masivelor de roci, apele subterane au o acțiune negativă mult mai puternică asupra acestora prin manifestarea presiunii apei din pori și a presiunii hidrodinamice. Sub acțiunea apelor subterane poate fi favorizată apariția fenomenelor de sufoziune, lichefiere și de alunecare.

8.2.1 Riscul de alunecare a taluzurilor definitive ale golului remanent

Alunecările de teren sunt fenomene geodinamice de restabilire a echilibrului natural al versanților sau taluzurilor, prin deplasare lentă, uneori rapidă a unei părți din structura acestora, ca rezultat al unor procese fizico-mecanice de durată. (Rotunjanu, 2005)

În funcție de condițiile geologice (natura rocilor, stratificație, șistuozitate, fisurație, falii etc.) suprafața de alunecare poate avea diferite forme (figura 8.1).

Fig. 8.1 Formele suprafețelor de alunecare

În funcție de factorii și cauzele care determină pierderea echilibrului și reducerea rezervei de stabilitate, există riscul apariției fenomenelor de tipul alunecărilor de teren de mică sau mare amploare.

În cazul refacerii resurselor acvifere după încetarea procesului de asecare sub protecția cărora funcționa cariera, pot să apară probleme de stabilitate la fostele lucrări miniere, ca urmare a influenței apei. Fenomenele de instabilitate pot să apară în special pe perioada refacerii resurselor acvifere și a inundării golurilor rezultate în urma efectuării lucrărilor de exploatare și mai puțin după inundarea completă a acestora, deoarece presiunea hidrostatică care se manifestă pe taluzurile lucrărilor miniere, are un efect pozitiv asupra rezervei de stabilitate, determinând creșterea valorii efortului unitar normal, respectiv a forței de frecare pe o suprafață ipotetică de alunecare.

Din punct de vedere al regimului hidrologic, interesează în mod special extremele hidrologice:

– precipitații de mare intensitate sau abundente de scurtă sau lungă durată;

– precipitații de mică intensitate și de lungă durată;

– topirea zăpezilor la creșteri bruște ale temperaturilor, de unde rezultă cantități mari de apă;

– secetă extremă, care determină formarea crăpăturilor și fisurilor, urmată de precipitații care, la rândul lor, favorizează infiltrarea unor cantități mai mari de apă în sol și subsol, cu o viteză mai mare.

În funcție de regimul precipitațiilor dintr-un areal și de condițiile de teren, date de structura litologică și natura rocilor, capacitatea și viteza de infiltrare, prezența vegetației etc., se pot enumera o serie de situații de risc:

1. În condițiile unui aport mare de apă provenit din precipitații și/sau din topirea zăpezilor și a unor terenuri care favorizează infiltrarea unor cantități mari de apă, rezultă o creștere a umidității rocilor, respectiv a greutății volumetrice a rocilor și o diminuare a caracteristicilor de rezistență, ceea ce influențează stabilitatea masivului prin reducerea rezervei de stabilitate.

2. În condițiile unui aport mare de apă provenit din precipitații și/sau din topirea zăpezilor și a unor terenuri cu o capacitate de infiltrare redusă, rezultă o scurgere superficială semnificativă, care poate duce la formarea de torenți și la manifestarea fenomenului de eroziune pluvială, eroziunea fiind printre cele mai importante cauze ale alunecărilor de teren.

3. În condițiile unor perioade secetoase urmate de perioade ploioase, probleme majore apar în cazul argilelor care prezintă proprietăți de contracție-umflare în funcție de umiditatea rocilor. Seceta determină uscarea terenului până la diferite adâncimi, iar ca urmare apar fisuri și crăpături în teren, care în perioadele ploioase favorizează pătrunderea apei în roci și formarea zonelor de minimă rezistență prin modificarea tensiunilor din masa rocilor.

În condițiile ridicării nivelului hidrostatic al stratului freatic, când crește umiditatea și se înrăutățesc proprietățile de rezistență ale rocilor, există riscul producerii unor alunecări de teren superficiale sau de adâncime, în funcție de structura geomorfologică a regiunii.

8.2.2 Riscul de lichefiere a materialului din haldă

În condițiile taluzurilor de haldă formate din roci afânate preponderent nisipoase, care se află la prima saturare, există un risc semnificativ de alunecare prin curgere, ca urmare a lichefierii materialului haldat. Lichefierea materialului are loc atunci când granulele componente sunt înconjurate de o peliculă de apă, iar materialul intră în curgere, comportându-se ca un lichid.

În nisipul saturat cu apă, spațiul dintre granulele solide este complet (sau în cea mai mare parte) umplut cu apă. Presiunea apei corespunde presiunii hidrostatice și crește odată cu creșterea adâncimii. (Brand, 1985)

În figura 8.2 sunt reprezentate condițiile de stres și tensiunile din vecinătatea spațiului porilor.

Fig. 8.2 Reprezentarea schematică a tensiunilor în vecinătatea spațiului porilor, unde: σzz’ – tensiunea verticală efectivă; σzz’ – tensiunea orizontală efectivă; pw – presiunea apei din pori; (***, Planungsgemeinschaft ARGE, 2013)

Ca urmare a manifestării presiunii apei din porii rocilor are loc o reducere a tensiunilor efective dintre particulele de roci. O parte din tensiuni (corespunzătoare presiunii hidrostatice) sunt absorbite de apă. Porii particulelor aflate sub nivelul apei sunt în totalitate umpluți cu apă.

Condiții de tensiune în cazul lichefierii

Presiunea hidrostatică reduce tensiunile efective transmise prin contactul dintre particule. Tensiunile totale, σ, sunt alcătuite dintr-o componentă de tensiune efectivă, σ' și presiunea apei din pori, u. (Apostu and Faur, 2019)

Relația dintre tensiunile totale, tensiunile efective și presiunea apei din pori este redată în figura 8.3 și în relația 8.1.

Fig. 8.3 Reprezentarea tensiunii totale în funcție de tensiunea efectivă și presiunea apei din pori (***, Planungsgemeinschaft ARGE, 2013)

(8.1)

Datorită presiunii apei din pori care apare în porii rocilor, tensiunile efective orizontale sau verticale ale structurii rocilor sunt parțial sau complet anulate. Creșterea presiunii apei din pori este declanșată în practică de o infiltrare rapidă a apei, ceea ce determină schimbarea bruscă a tensiunilor și a condițiilor de presiune din roca liberă.

În cazul lichefierii apare o suprapresiune a apei în pori, mai mare decât presiunea hidrostatică. Dacă presiunea apei din pori depășește tensiunea totală, contactul dintre particulele individuale dispare. Dacă rocile afânate, în funcție de permeabilitate, nu asigură drenarea apei din pori suficient de rapid, se manifestă o suprapresiune a acesteia asupra particulelor rocii. Ca urmare a apariției unei suprapresiuni a apei, tensiunile efective sunt complet eliminate. În acest caz, se produce pierderea completă a rezistenței de rupere la forfecare, iar particulele de rocă împreună cu apa din pori intră în curgere. Deci, în cazul lichefierii complete valoarea tensiunii efective este σ’ ≈ 0.

Factorii care pot declanșa curgerea prin lichefiere a rocilor nisipoase și afânate, sunt:

– vibrațiile și șocurile rezultate de la exploatările miniere sau de la traficul rutier ori feroviar;

– schimbări bruște de tensiune în masiv;

– apariția bruscă a forțelor de curgere, precum în cazul refluxului apei;

– prăbușirea golurilor subterane;

– deformări locale la nivelul taluzurilor (fracturi, crăpături);

– suprasarcini;

– influența condițiilor meteorologice (energia vântului, precipitațiile abundente care implică saturarea rapidă a formațiunilor litologice superficiale);

– modificarea condițiilor hidrogeologice (creșterea nivelului apei în haldele de steril).

Lichefierea completă

Dacă eforturile efective (σ') sunt complet eliminate prin creșterea presiunii apei din pori, are loc o lichefiere completă. Pentru a rezulta o lichefiere completă, presiunea apei din pori trebuie să atingă o mărime care corespunde cu tensiunea verticală totală σzz. Prin manifestarea presiunii apei din pori, tensiunile efective (σʹ) sunt eliminate, iar între particule nu mai acționează forțele de frecare.

În funcție de condițiile geomorfologice (de exemplu, taluzul unui gol remanent care oferă suficientă libertate de curgere a apei, diferențe de nivel ale terenului sau condiții de curgere obstrucționate) pot să apară deformări importante în teren ca urmare a slăbirii rezistenței acestuia în urma procesele de lichefiere.

Lichefierea parțială

Pe baza condițiilor de stres existente în spațiul porilor, lichefierea parțială are loc atunci când presiunea apei din pori atinge sau depășește mărimea tensiunilor orizontale totale σxx, dar este încă mai mică decât tensiunile verticale totale σzz. În acest caz, forțele orizontale nu pot fi transmise între particulele individuale și suportul lateral al acestora este anulat. În condiții nedrenate pot să apară deformațiile orizontale și deplasări ale particulelor de roci. Odată cu apariția deformațiilor laterale, se reduce și efectul de susținere verticală a particulelor de rocă. Deformațiile laterale cresc, în condiții nedrenate, odată cu creșterea presiunii apei din pori. Aceasta, la rândul său, determină o reducere a componentei efective de tensiune verticală. Eliminarea completă a tensiunilor efective duce la lichefierea totală.

8.2.3 Riscul de sufoziune la taluzurile definitive ale golului remanent

Sufoziunea este un tip de eroziune care se poate manifesta în cazul exploatărilor la zi și a golurilor remanente ale carierelor și care mai poartă denumirea de eroziune subterană.

Procesul de sufoziune se manifestă prin sufoziunea hidrodinamică și sufoziunea hidrochimică. Prin sufoziune hidrodinamică se înțelege procesul de antrenare de către apa subterană a celor mai fine particule din masa rocilor nisipoase, atunci când în timpul filtrării se depășește o anumită viteză, numită viteză critică. Presiunea hidrodinamică acționează în direcția liniilor de curent ale curgerii subterane și contribuie astfel la creșterea forțelor de alunecare. Presiunea hidrodinamică crește în funcție de gradientul hidraulic. (Rotunjanu, 2005)

Sufoziunea hidrochimică se produce într-o perioadă mai mare de timp și este legată de procesele de dizolvare a cimentului de legătură sau a sărurilor minerale dintre particule, care astfel devin libere și pot fi antrenate de curenții hidrodinamici.

Astfel, prin antrenarea particulelor fine se produce o subminare interioară a rocilor, iar golurile care se formează duc la pierderea stabilității rocilor din acoperiș, dând naștere la alunecări de teren.

Se poate spune că regimul hidrologic se cunoaște pentru perioade relativ lungi de timp. Chiar și așa, extremele hidrologice care s-au înregistrat din ce în ce mai des în ultimii ani și care provoacă cele mai mari probleme, nu pot fi controlate, deci nu se cunoaște exact momentul și modul lor de manifestare în viitor. Așadar, pe lângă situațiile potențiale descrise anterior trebuie avut în vedere faptul că pot să apară numeroase alte situații de risc. De aceea, este importantă efectuarea unui studiu amănunțit al factorilor și cauzelor care influențează stabilitatea.

8.2.4 Alte riscuri

În această categorie se încadrează fenomenele de eroziune și tasare anormală.

Eroziunea este un proces natural și reprezintă dislocarea și antrenarea de material de pe suprafețele de teren. Eroziunea poate fi pluvială sau eoliană și se manifestă sub acțiunea apelor sau a vântului, la care se adaugă influența gravitației. Caracteristicile locale, precum configurația geomorfologică (înălțimea și panta taluzului), compoziția și structura masivelor de roci, hidrografia și hidrogeologia regiunii, clima (mai ales din punct de vedere al regimului pluviometric) și starea copertei vegetale, influențează gradul de eroziune.

Tasările sunt fenomene geotehnice care se manifestă prin deplasarea pe verticală a rocilor și scufundarea terenurilor. Tasările au loc ca urmare a îndesării rocilor sub efectul greutății proprii sau a existenței unor suprasarcini ori ca urmare a eliminării fazei lichide sau gazoase din masa rocilor, ceea ce determină apariția unor goluri subterane.

Tasările pot fi normale (de stabilizare), anormale și tasări rezultate în urma contracțiilor. Tasările normale sunt caracteristice construcțiilor de roci și pământuri, terenurilor afectate de exploatări subterane, terenurilor afectate de lucrări de asecare. Tasările normale scad în intensitate odată cu trecerea timpului și devin practic nule în momentul în care construcțiile de roci și pământuri s-au stabilizat. Dacă tasările normale reprezintă cca. 10-12 % din înălțimea inițială a treptelor și au o influență favorabilă asupra construcțiilor de pământ, tasările anormale sunt cele cu o influență defavorabilă. (Rotunjanu, 2005; Onica et al., 2006)

8.2.4.1 Eroziunea

Apele de suprafață exercită o acțiune permanentă de eroziune asupra bazei taluzurilor sau versanților. Eroziunea apelor curgătoare asupra masivelor de roci determină reducerea forțelor de rezistență din prismul pasiv. Astfel, raportul dintre foțele de rezistență și forțele de alunecare se modifică având drept rezultat o reducere a rezervei de stabilitate și posibil, chiar pierderea echilibrului natural.

Cursurile de apă (izvoare, pâraie, râuri, fluvii) manifestă o acțiune erozivă permanentă și în general, constantă ca intensitate. În perioadele cu precipitații, ca urmare a creșterii nivelului apei și a vitezei de curgere, apa manifestă o acțiune erozivă de intensitate mult mai mare, în special pe malul concav al cursului de apă. Materialul erodat este transportat și depus în aval. După aceste principiu se formează sinuozitatea cursurilor de apă în general în zonele de câmpie cu înclinări reduse. Tot după acest principiu are loc și erodarea malurilor apelor sau taluzurilor ori versanților care vin în contact cu apa. În zonele de eroziune crește riscul de pierdere a stabilității.

La fel ca și în cazul apelor curgătoare, apele stătătoare pot manifesta o acțiune de eroziune asupra malurilor. Apele stătătoare (bălți, lacuri, mări, oceane) se dezvoltă în adâncime în raport cu nivelul terenului. Circulația apelor stătătoare este determinată de acțiunea vântului și a curenților de apă. Eroziunea se produce sub acțiunea valurilor, formarea acestora fiind influențată de vânt și de variația presiunii atmosferice. Valurile sunt mișcări ondulatorii ale apei care se propagă atât pe orizontală, cât și pe verticală și a căror înălțime este în funcție de dimensiunea corpului de apă și de intensitatea vântului. (Rotunjanu and Lazăr, 2014)

În cazul lacurilor, eroziunea malurilor, reprezentate în lucrarea de față de taluzurile definitive ale carierei Peșteana Nord, se poate produce sub acțiunea valurilor.

În funcție de forța valurilor, la contactul acestora cu taluzurile treptelor definitive, are loc o dislocare a rocilor, în general din taluzurile in-situ și mai puțin din haldă. Astfel, în masivul de roci in-situ se formează o cavitate și apare riscul de rupere a malului sau de alunecare a materialului aflat deasupra cavității create. De asemenea, ruperea sau alunecarea unui volum de roci în lac, determină la rândul lor formarea unor valuri care conduc, la erodarea taluzurilor, după același proces (figura 8.4). În cazul rocilor haldate, acest proces are loc mai rar, deoarece la contactul cu apa, rocile fiind afânate tind să se reașeze sub un unghi de taluz natural.

Fig. 8.4 Erodarea taluzurilor sub acțiunea valurilor (Apostu and Faur, 2019)

Apele stătătoare, manifestă o presiune hidrostatică asupra versanților/taluzurilor, având și o acțiune pozitivă, comportându-se ca un prism de reazem în sensul creșterii forțelor de rezistență. În cazul golului remanent al carierei Peșteana Nord, efectul negativ al presiunii apei din pori se diminuează pe măsură ce crește nivelul apei din lac și în special în momentul echilibrării nivelului apelor subterane cu nivelul apei din lac, care manifestă o presiune hidrostatică opusă ca sens presiunii apei din porii rocilor. De aici rezultă efectul pozitiv al presiunii hidrostatice.

Fenomenul de eroziune se mai poate manifesta pe taluzurile de carieră și de haldă ca urmare a scurgerii superficiale a apelor provenite din precipitații. Eroziunea reprezintă una dintre principalele cauze ale alunecărilor de teren întrucât implică formarea unor șanțuri de mici sau mari dimensiuni ca urmare a transportului solid și favorizează pătrunderea apei în roci și crearea unor suprafețe de minimă rezistență, suprafețe potențiale de alunecare. (Derek, 2005)

Ca urmare a perioadelor cu precipitații în exces și a perioadelor specifice topirii zăpezilor, în cariera Peșteana Nord s-au înregistrat unele alunecări superficiale atât pe taluzurile in-situ, cât și pe cele ale haldei, dar acestea nu au afectat sub nicio formă stabilitatea de ansamblu a carierei sau a haldei interioare. Cauza acestor alunecări o reprezintă creșterea umidității rocilor și implicit, a greutății volumetrice, ceea ce determină o scădere a rezervei de stabilitate. S-au evidențiat numeroase zone de eroziune (în general, rigole, deci șanțuri de mici dimensiuni) formate ca urmare a scurgerii superficiale a apei din precipitații. Pe perioada de activitate, aceste modificări superficiale sunt remediate odată cu avansarea frontului de lucru. În perioada post-închidere pot să apară probleme ca urmare a manifestării proceselor de eroziune. De aceea, este importantă aplicarea măsurilor pentru reducerea eroziunii, dintre care cele mai aplicate și eficiente din punct de vedere tehnic și economic sunt asigurarea unei pante corespunzătoare a taluzurilor și construirea unor sisteme de drenuri.

Fenomenele de eroziune, sufoziune, respectiv de lichefiere, dar și unele alunecări de teren superficiale pot deveni în timp, cauze ale unor alunecări de teren de mari dimensiuni, de aceea este importantă cunoașterea comportamentului rocilor în condițiile inundării golului remanent al carierei Peșteana Nord.

Efectele însumate ale acțiunii precipitațiilor și ale altor factori externi sau interni, determină apariția următoarelor probleme: pierderea stabilității taluzurilor sau versanților, producerea fenomenelor geotehnice negative, activarea unor alunecări de teren cu evoluție lentă sau chiar reactivarea unor alunecări deja stabilizate. (Rotunjanu, 2005)

8.2.4.2 Tasări anormale

Tasările anormale apar în condițiile drenării (naturale sau antropice) apei din porii rocilor pe adâncimi mari. Aceasta determină scufundarea bruscă sau treptată a rocilor din acoperișul golului creat și determină deformarea rocilor din acoperiș și deformarea suprafeței terenului. (Lee and Abel, 1983) Ca urmare a manifestării fenomenelor de tasare anormală se produce o nouă distribuție a eforturilor naturale din taluzuri sau versanți. Tasările anormale au loc, în general, în cazul amestecurilor neomogene de roci. (Rotunjanu, 2005)

Fenomenele de tasare anormală au un impact negativ major întrucât determină deteriorarea construcțiilor, a rețelelor edilitare, a rețelelor de transport de la suprafață, schimbări ale cursurilor sau corpurilor de apă de suprafață și asupra apelor subterane, efectele asupra vegetației și animalelor, dar nu în ultimul rând efecte negative asupra stabilității talzurilor definitive ale carierei.

Tasările rezultate în urma contracțiilor sau a fenomenelor de contracție – umflare, se produc în cazul rocilor argiloase care prezintă un coeficient de contracție – umflare mare.

Deși tasarea nu poate fi eliminată, aceasta poate fi redusă sau controlată prin adoptarea și aplicarea timpurie a măsurilor corespunzătoare, precum compactarea terenurilor și taluzurilor.

Până în prezent, în perimetrul minier al carierei Peșteana Nord nu s-au înregistrat fenomene de tasare anormală, ținând cont de funcționarea sistemelor de asecare, care ar fi putut influența apariția acestor tipuri de fenomene geotehnice. De aceea, se poate considera faptul că, după oprirea sistemelor de asecare și inundarea golului remanent, posibilitatea tasării anormale a terenurilor din perimetrul și din zonele adiacente perimetrului Peșteana Nord este aproape nulă.

8.3 Analiza relației cauză-efect în studiul fenomenelor geotehnice

Sub influența factorilor care urmează a fi amintiți se produc modificări importante la nivelul caracteristicilor geotehnice ale rocilor, ceea ce implică, de cele mai multe ori, o reducere a rezervei de stabilitate.

În urma analizei factorilor de influență se pot stabili cauzele producerii fenomenelor geotehnice negative. Identificarea factorilor și cauzelor fenomenelor geotehnice este un proces dificil. Specialiștii din domeniu au efectuat în mod constant cercetări în scopul prognozării acestor fenomene și a proiectării măsurilor tehnice de stabilizare.

Primele cercetări în domeniu au fost efectuate prin analize retrospective (retroanalize), analize la care se recurge și în prezent în scopul identificării cauzelor și mecanismelor de producere a alunecărilor. Teoretic, analiza retrospectivă reprezintă o operație mai simplă, însă rezultatele nu sunt satisfăcătoare întrucât se dorește eliminarea riscului de producere a acestor fenomene prin prognozarea și eliminarea acestora.

8.3.1 Factorii care influențează apariția fenomenelor geotehnice

Conform literaturii de specialitate (Rotunjanu, 2005, Stănciucu, 2018), factorii de influență asupra stabilității taluzurilor și versanților pot fi grupați în 6 categorii, după cum urmează (figura 8.5):

Fig. 8.5 Factorii care influențează fenomenele geotehnice

Factorii geologici se referă la structura geologică a regiunii, la natura rocilor, la prezența suprafețelor de stratificație, la prezența faliilor, fisurilor, crăpăturilor etc. Suprafețele de stratificație, respectiv zonele de fractură, reprezintă suprafețe de minimă rezistență și de regulă, suprafețe potențiale de alunecare. De asemenea, o influență importantă o au și direcția și înclinarea stratelor și a sistemelor de fisuri. Dacă înclinarea acestora concordă cu panta taluzului sau versantului, acestea pot constitui suprafețe potențiale de alunecare.

Este necesar să se determine unghiul dintre înclinarea stratelor/fisurilor și panta taluzului sau versantului Stabilitatea unui masiv este maximă atunci când taluzul/versantul este perpendicular pe direcția stratelor și scade, până la o valoare minimă, atunci când direcția taluzului este paralelă cu direcția stratelor. (Rotunjanu, 2005)

Factorii hidrogeologici se referă la prezența formațiunilor acvifere în structura rocilor. Prezența apei în roci influențează starea de eforturi unitare prin: variația umidității rocilor și modificarea caracteristicilor geotehnice ale acestora, manifestarea presiunii apei din pori în condițiile saturării rocilor, manifestarea presiunii hidrodinamice în condițiile formării curenților acviferi, manifestarea fenomenelor sufozionare sau de lichefiere etc.

Factorii mecanici naturali și geomecanici se referă la fenomenele morfodinamice de suprafață dependente de natura și caracteristicile de rezistență ale rocilor. Factorii mecanici naturali sunt reprezentați de acțiunea apelor curgătoare sau stagnante. Acestea pot provoca apariția fenomenelor de eroziune pe taluzuri și versanți sau la baza acestora. Eroziunea poate conduce la manifestarea fenomenelor de alunecare ca urmare a afectării stării de eforturi din masiv. Factorii geomecanici se află în strânsă legătură cu factorii geologici și se referă la caracteristicile de rezistență ale rocilor și la modul de determinare al acestora. Ca urmare a determinării caracteristicilor de rezistență ale rocilor se poate evidenția comportamentul acestora.

Factorii hidrometeorologici și climatici se referă la prezența și intensitatea precipitațiilor, fenomenele de îngheț-dezgheț, variațiile de temperatură, prezența secetei, fenomenul de contracție-umflare etc.

Precipitațiile conduc la creșterea cantității de apă infiltrată în sol și subsol. Ca urmare, umiditatea rocilor crește, ceea ce determină creșterea greutății volumetrice, manifestarea presiunii apei din pori și manifestarea presiunii hidrodinamice. Toate acestea implică reducerea rezervei de stabilitate a masivului.

Fenomenele de îngheț-dezgheț au loc ca urmare a variațiilor de temperatură. Apa care pătrunde în porii și fisurile rocilor la temperaturi scăzute îngheață și se dilată. Creșterea volumului apei ca urmare a dilatării, determină manifestarea unei presiuni în porii rocilor sub acțiunea căreia are loc o împingere a particulelor rocii. Prin creșterea temperaturii și contractare termică, se reduce volumul apei din pori, iar aceasta nu mai exercită presiune asupra scheletului rocii. După înghețări și dezghețări repetate, porii și fisurile se măresc treptat, astfel că, în timp, are loc o dezagregare a rocilor. Acest proces este mai pronunțat în munți, unde ciclul de îngheț-dezgheț se manifestă aproape zilnic, uneori chiar și vara.

Seceta conduce la manifestarea unor fenomene extreme de contracție a rocilor, iar probleme majore apar în cazul rocilor argiloase. În perioadele de secetă, sub efectul tensiunilor de tracțiune care apar, se formează crăpături care facilitează apoi pătrunderea apei și crearea unor zone de minimă rezistență.

Pământurile argiloase manifestă un potențial de contracție-umflare important la variații de umiditate. Acestea fac parte din categoria pământurilor cu umflări și contracții mari (PUCM). Creșterea sau scăderea grosimii învelișului de apă adsorbită este însoțită întotdeauna de o extensie sau contracție a structurii pământurilor, prin modificarea distanței dintre particule, fapt ce determină variații importante de volum la variații de umiditate. (***, NP 126:2010)

Factorul antropogen se referă la modificările morfologice, structurale sau de rezistență ale rocilor ca urmare a desfășurării activităților antropice. Printre activitățile antropice, în urma cărora se modifică starea de eforturi și tensiuni din masivele de roci, se numără: defrișări necontrolate, lucrări de exploatare (săpături, excavații, derocare prin explozii, terasamente, suprasarcini – ex. utilaje grele, depozite de steril), crearea de lacuri de acumulare, construcții și infrastructura de transport, telecomunicații și utilități, efectuarea proiectelor geotehnice (prin care se stabilesc elementele geometrice ale taluzurilor și a căror valoare influențează rezerva de stabilitate) etc.

Factorul seismic rezultă ca urmare a manifestării cutremurelor de pământ. Seismele exercită asupra taluzurilor și versanților 2 tipuri de forțe:

– forțe verticale care reduc presiunea efectivă normală pe suprafața de alunecare

– forțe orizontale care acționează ca forțe de împingere și care au cel mai defavorabil efect asupra stabilității.

Vibrațiile produse ca urmare a vehiculării utilajelor, a exploziilor de derocare,a exploziilor accidentale, a traficului etc. fac parte tot din categoria factorilor seismici. Acestea pot conduce la reducerea rezervei de stabilitate cu 10 – 15 %. (Rotunjanu, 2005)

Factorul biotic se referă la prezența vegetației pe taluzuri sau versanți. Factorul biotic poate avea efecte negative ca urmare a creării unei suprasarcini, dar în general acesta are o influență pozitivă asupra stabilității întrucât vegetația:

– ancorează solul vegetal, pământurile și rocile constituente prin rădăcini;

– împiedică manifestarea fenomenelor de eroziune;

– interceptează o parte din apa din precipitații;

– captează energia picăturilor de ploaie;

– reduce viteza de scurgere superficială;

– se comportă ca un filtru care împiedică transportul sedimentelor etc.

8.3.2 Cauzele fenomenelor geotehnice

Pe baza factorilor care influențează producerea fenomenelor geotehnice se vor cerceta cauzele acestora. Cunoscând cauzele care declanșează fenomenele geotehnice pot fi stabilite măsurile corespunzătoare de prevenire a lor și/sau de limitare a efectelor negative. În scopul stabilizării terenurilor se vor aplica măsurile necesare reducerii efectelor în timp sau eliminării acțiunii cauzelor. (Rotunjanu, 2005; Stănciucu, 2018)

La descrierea cauzelor fenomenelor geotehnice au fost luate în considerare atât cauzele naturale, cât și cele artificiale (determinate de efectuarea lucrărilor inginerești și de desfășurarea activităților antropice). S-au prezentat situații și scenarii care pot să apară ca urmare a influenței factorilor externi sau interni, sub acțiunea individuală sau cumulată a diferitelor cauze. S-a pus accentul pe principalele cauze care pot determina modificarea caracteristicilor geotehnice ale rocilor și care pot influența stabilitatea taluzurilor definitive ale carierei Peșteana Nord.

Printre cele mai frecvente cauze ale manifestării fenomenelor geotehnice negative se numără: acțiunea apelor, variațiile de nivel ale apelor subterane, existența suprasarcinilor, șocurile seismice, vibrațiile și modificarea caracteristicilor geotehnice ale rocilor, la care se adaugă acțiunea înghețului-dezghețului, alterarea și dezagregarea rocilor, acestea fiind descrise în cele ce urmează.

8.3.2.1 Acțiunea apelor

Condițiile hidrologice, hidrografice și hidrogeologice specifice regiunii, procesele de infiltrație și caracteristicile de porozitate și de permeabilitate ale rocilor sunt cele care favorizează pătrunderea și circulația apei prin roci. Prezența apei subterane în corpul versanților și taluzurilor, modifică pe de-o parte caracteristicile geotehnice ale rocilor componente, iar pe de altă parte starea de eforturi la care acesta este supus (figura 8.6). (Stănciucu, 2018)

Fig. 8.6 Influența presiunii apei din porii rocii asupra stabilității (Lazăr, 2010, Reabilitare; Rotunjanu, 2005)

În cazul taluzurilor submersate, cum este cel al golurilor remanente care urmează a fi inundate, pe lângă presiunea apei din pori, pe suprafața taluzului acționează o presiune hidrostatică, Si (figura 8.7).

Fig. 8.7 Influența presiunii hidrostatice asupra stabilității (Lazăr, 2010, Reabilitare; Rotunjanu, 2005)

Așadar, prin presiunea hidrostatică, apa are un efect pozitiv asupra stabilității taluzurilor sau versanților, datorită faptului că aceasta se comportă ca un prism de reazem și se opune alunecării.

8.3.2.2 Variații de nivel ale apelor subterane

Variațiile de nivel ale apelor subterane se referă la ridicarea, respectiv coborârea nivelului acestora, în mod repetat de-a lungul timpului sub influența condițiilor naturale și antropice regionale. O cauză a alunecărilor de teren o reprezintă, în mod special, ridicarea nivelului apelor subterane, în timp ce coborârea nivelului contribuie, în anumite condiții (ex. secetă), la înrăutățirea caracteristicilor geotehnice ale rocilor.

Efectele variațiilor extreme de nivel ale stratelor acvifere freatice și/sau de adâncime sunt, după caz, următoarele:

– în cazul coborârii nivelului apei: fântânile seacă, pământul se usucă și se crapă, are loc o dezagregare a rocilor, vegetația nu se mai dezvoltă, moare, culturile agricole sunt distruse, se reduce nivelul cursurilor și corpurilor de apă de suprafață, apar restricții de utilizare a apei;

– în cazul ridicării nivelului apelor: înmlăștinarea/inundarea terenurilor, asfixierea plantelor, distrugerea culturilor, creșterea umidității rocilor, pământurilor, solurilor vegetale, creșterea presiunii apei din pori, înrăutățirea caracteristicilor de rezistență ale rocilor.

Variațiile de nivel pot fi semnificative sau nesemnificative. Efectele negative majore ale variațiilor de nivel asupra masivelor de roci se manifestă, în general, în condiții climatice extreme sau în diferite condiții antropice și depind și de frecvența apariției acestor modificări.

În unele cazuri, variațiile de nivel au loc în mod repetat la intervale relativ mici de timp, spre exemplu ca urmare a alternanței perioadelor ploioase și uscate. În alte cazuri, variațiile de nivel au loc la intervale mai mari de timp, ca urmare a alternanței perioadelor ploioase și secetoase, prin acestea înțelegându-se extremele meteorologice. Variațiile pot fi cuantificate după intervalul de timp în care se manifestă, ca fiind lunare, anuale, decenale sau chiar mai rare, seculare, ori mai dese. Probleme majore de instabilitate a terenurilor apar, în general, ca urmare a variațiilor lunare sau anuale.

În cazul acviferelor de adâncime, condițiile climatice ale unei regiuni au o influență nesemnificativă. Stratele acvifere de adâncime pot fi afectate din punct de vedere cantitativ atunci când seceta este de foarte lungă durată, de ordinul zecilor sau sutelor de ani.

În alte cazuri, cum ar fi situațiile perimetrelor miniere care intersectează formațiuni acvifere, variațiile de nivel apar atât în cazul stratelor freatice, cât și în cazul stratelor acvifere captive. Variațiile de nivel sunt determinate, în general, de lucrările de asecare efectuate și sunt influențate de capacitatea de refacere a resurselor acvifere. Înainte de demararea proiectului de exploatare a unui zăcământ și pe parcursul acestuia se efectuează lucrări de asecare, iar după încetarea lucrărilor de exploatare lucrările de asecare sunt oprite. În funcție de capacitatea de refacere a resurselor acvifere din regiune, are loc ridicarea nivelului apelor subterane. Lucrările de asecare preliminară și paralelă determină scăderea treptată a nivelului apelor subterane. În funcție de situație, pentru unele strate acvifere se urmărește asecarea completă a acestora, pentru altele doar scăderea nivelului apei, iar pentru altele doar detensionarea acestora. Intervalul de timp în care au loc aceste variații nu poate fi exprimat concret, întrucât atât coborârea, cât și ridicarea nivelului apelor subterane au loc treptat. Totuși, se poate spune că acest interval de timp se suprapune, aproximativ, cu durata de viață a proiectului minier, care se întinde, în general, de-a lungul zecilor de ani.

8.3.2.3 Existența suprasarcinilor

Supraîncărcarea unui versant sau taluz este unul dintre factorii externi care influențează stabilitatea masivului. Deși supraîncărcarea poate avea loc în condiții naturale, cum ar fi creșterea vegetației și precipitațiile abundente, un efect major îl are rezultatul activităților umane: construcții, infrastructura de transport, construirea haldelor de steril, încărcarea bermelor carierelor și haldelor și vehicularea utilajelor de mare tonaj etc. (Van Den Eeckhaut et. al, 2013)

Pe baza figurii 8.8 se poate înțelege efectul încărcării versanților, taluzurilor sau a bermelor, astfel:

– în cazul în care sarcinile suplimentare sunt situate la dreapta verticalei ce trece prin centrul suprafeței de alunecare (Q1, Q2), adică în prismul activ, se măresc forțele de alunecare și crește riscul de producere a fenomenelor de alunecare;

– în cazul în care sarcinile suplimentare sunt situate la stânga verticalei ce trece prin centrul suprafeței de alunecare (Q), adică în prismul pasiv, se măresc forțele de rezistență care se opun alunecării;

– în cazul în care sarcinile suplimentare sunt situate în afara prismului alunecător (Q3), acesta nu aduc modificări în starea de echilibru din masiv și nu sunt luate în calculele de stabilitate. (Rotunjanu, 2005)

Fig. 8.8 Influența suprasarcinilor asupra stabilității (Lazăr, 2010, Reabilitare; Rotunjanu, 2005)

Supraîncărcarea, ca factor cauzal al alunecărilor de teren, nu poate fi neglijată deoarece cumulat cu efectele tuturor factorilor cauzali, va determina în cele din urmă pierderea stabilității masivului.

8.3.2.4 Șocurile seismice și vibrațiile

Cutremurele sunt fenomene care iau naștere ca urmare a mișcărilor plăcilor tectonice. Șocurile sau vibrațiile generate de cutremure se propagă prin roci sub formă de undă. Forțele orizontale (Fc) sunt cele care joacă un rol important în declanșarea alunecărilor așa cum se observă în figura 8.9.

Cutremurele, în funcție de condițiile de teren (geologice și hidrogeologice) și distanța față de locul producerii reprezintă una dintre cauzele alunecărilor de teren.

Pe perioada cutremurelor se pot înregistra și creșteri importante ale presiunii apei din pori. Creșterea presiunii apei din pori implică reducerea forțelor de rezistență și implicit reducerea rezervei de stabilitate.

Vibrațiile rezultă ca urmare a vehiculării utilajelor de mare tonaj, a traficului, a exploziilor accidentale, a exploziilor de derocare etc. Acestea acționează asemeni undelor seismice, dar afectează stabilitatea taluzurilor sau versanților doar în condițiile în care acestea se repetă periodic. Astfel, vibrațiile provocate la un moment dat nu au influențe deosebite asupra rezervelor de stabilitate, pe când vibrațiile repetate periodic determină scăderea treptată a rezervei de stabilitate prin modificarea în timp a eforturilor naturale din taluz sau versant.

Fig. 8.9 Influența șocurilor seismice asupra stabilității (Lazăr, 2010, Reabilitare; Rotunjanu, 2005)

Conform literaturii de specialitate, vibrațiile reduc valoarea factorului de stabilitate cu 10-15%. Efectul negativ al vibrațiilor asupra stabilității se resimte atunci când taluzurile se află la limita de echilibru. Rocile argiloase, sub influența vibrațiilor care se repetă periodic, pot trece în stare tixotropică. O parte din apa legată fizic trece în apă liberă, reducând rezistența la forfecare a rocilor argiloase, care se comportă apoi ca un fluid. (Rotunjanu, 2005) În cazul rocilor nisipoase, afânate și saturate, șocurile seismice și vibrațiile influențează manifestarea fenomenului de lichefiere.

8.3.2.5 Modificarea caracteristicilor geotehnice ale rocilor

Caracteristicile geotehnice ale rocilor, utilizate cel mai frecvent în studiile de stabilitate, sunt greutatea volumetrică, coeziunea și unghiul de frecare interioară. Modificarea caracteristicilor geotehnice ale rocilor reprezintă cauza directă a pierderii echilibrului natural al taluzului sau versantului, atunci când forțele de rezistență sunt învinse de forțele de alunecare.

Modificarea caracteristicilor geotehnice ale rocilor se produce sub influența factorilor amintiți și a cauzelor enumerate anterior, la care se adaugă și procesele de îngheț-dezgheț, dezagregare și alterare.

În procesul de de îngheț – dezgheț, apa pătrunsă în pori și pe sistemul de fisuri al rocilor în momentul înghețului își mărește volumul cu circa 9% și dezvoltă presiuni mari asupra rocii, de peste 2000 kN/m2, sporind gradul de fisurare (figura 8.10). Efectul negativ al înghețului și anume dezagregarea, se manifestă atunci când porii și fisurile unei roci sunt umpluți cu apă în proporție de peste 90%. (Florea, 1979; Marian Ene, 2013)

Fig. 8.10 Procesul de hidrofracturare (Marian Ene, 2013)

Mecanismul după care structura rocilor este influențată în perioadele de îngheț-dezgheț este următorul: apa din porii și fisurile rocilor îngheață, se dilată și se formează cristale de gheață; cristalele de gheață, sub acțiunea forțelor de tensiune superficială, atrag moleculele de apă capilară și o parte din apa peliculară din zonele de dezgheț și îsi măresc volumul; cristalele de gheață continuă să își mărească volumul, formând la un moment dat lentile de gheață. Prin acest mecanism, rocile din zona înghețată își măresc umiditatea ceea ce duce și la o creștere a greutății volumetrice, deci influențează starea de eforturi din masiv prin creșterea forțelor de alunecare.

Efectele înghețului diferă în funcție de natura rocilor. Efectul înghețului este mai mare cu cât ponderea fracțiunii granulometrice fine este mai mare. Astfel, argilele se degradează mult mai repede în procesul de îngheț, spre deosebire de pietrișurile și nisipurile grosiere care se comportă mult mai bine. În ceea ce privește rocile stâncoase, apa pătrunde în fisuri, unde exercită presiuni mari care duc la degradarea structurii rocilor și la formarea zonelor de minimă rezistență. (Rotunjanu, 2005)

Alterarea rocilor determină modificarea proprietăților geotehnice ale rocilor în sensul reducerii rezistenței la forfecare. Odată cu reducerea rezistenței la forfecare are loc o reducere a rezervei de stabilitate, din acest motiv alterarea rocilor poate fi considerată o cauză a alunecărilor de teren.

Alterarea depinde în mod special de condițiile climatice caracteristice unei regiuni și poate fi de 3 tipuri:

– fizică, constă în fărâmițarea rocilor sub acțiunea variațiilor de temperatură;

– chimică, constă în modificarea conținutului chimic și mineralogic al rocilor sub influența apei, bioxidului de carbon, oxigenului, acizilor etc.;

– biologică, constă în efectul distructiv al formelor de viață. (Rotunjanu, 2005)

Procesul de alterare este semnificativ influențat de timp. Odată cu trecerea timpului are loc alterarea rocilor, ceea ce conduce la reducerea treptată a rezistenței la forfecare a acestora.

Dintre modificările constatate de-a lungul anilor de cercetare, conform literaturii de specialitate, dar și conform rezultatelor obținute în laborator în vederea elaborării prezentei lucrări, se prezintă următoarele concluzii:

– variația umidității rocilor la nivelul stratelor freatice este influențată de regimul hidrologic din regiunea respectivă;

– creșterea umidității rocilor implică creșterea greutății volumetrice și a greutății de ansamblu a prismului activ, creșterea indicelui de plasticitate, reducerea coeziunii și a unghiului de frecare interioară;

– după fiecare saturare a masivelor de roci cu apa provenită din precipitații, din topirea zăpezilor, din infiltrații, rezerva de stabilitate se reduce, iar prin uscarea acestora sau prin coborârea nivelului apei subterane rezerva de stabilitate se mărește;

– greutatea volumetrică a rocilor crește odată cu umiditatea acestora (în cazul rocilor argiloase o creștere de 5 – 10% a umidității implică o creștere a greutății volumetrice de 0,8 – 1,7 KN/m3);

– sub efectul vibrațiilor, o parte din apa legată fizic trece în apă liberă și se reduce rezistența la forfecare a rocilor, iar după încetarea acestora, apa liberă trece în apă legată fizic, ceea ce determină creșterea rezistenței la forfecare (acest proces apare în cazul rocilor argiloase);

– creșterea umidității rocilor cu 10% implică reducerea coeziunii cu aproximativ 20 KN/m2 (în cazul rocilor argiloase);

– creșterea umidității rocilor conduce la reducerea unghiului de frecare interioară a rocilor argiloase; același rezultat îl are și creșterea indicelui de plasticitate;

– prin submersie, greutatea volumetrică a rocilor se reduce ca urmare a manifestării presiunii hidrostatice, care se opune acțiunii presiunii apei din pori, reducând valoarea acesteia. (Rotunjanu, 2005; Stănciucu, 2018; Verrujit, 2017; Holt and Holst, 2017)

Toate aceste corelații indică faptul că umiditatea rocilor creează o serie de situații care influențează caracteristicile de rezistență a rocilor, în sensul înrăutățirii acestora, deci rezistența de rupere la forfecare se reduce odată cu creșterea umidității rocilor.

După cum reiese din studiul factorilor și cauzelor care influențează stabilitatea terenurilor, efectele primare au ca rezultat modificarea caracteristicilor geotehnice ale rocilor, aceasta conducând la manifestarea fenomenelor geotehnice negative, care pot fi extrem de periculoase.

8.3.3 Efectele fenomenelor geotehnice și impactul asupra mediului

În urma descrierii factorilor și cauzelor care influențează producerea fenomenelor geotehnice s-au evidențiat principalele efecte negative ale acțiunii acestora. Aceste efecte se manifestă asupra masivelor de roci sau a construcțiilor inginerești de roci și pământuri, prin modificarea caracteristicilor geotehnice ale rocilor, având ca rezultat modificarea eforturilor naturale, învingerea forțelor de rezistență de către forțele de alunecare și pierderea stabilității.

Acțiunea factorilor externi sau interni nu se rezumă doar la aceste modificări. Odată manifestat fenomenul de alunecare, în funcție de condițiile locale, de cauzele care au determinat alunecarea, de volumul masei alunecătoare, de obiectivele existente în zonă etc., efectele acestuia pot fi devastatoare. Toate obiectivele naturale sau antropice aflate în zonele de influență a alunecării sunt afectate sau distruse, iar la nivelul comunităților umane pot fi înregistrate și accidente grave sau chiar pierderi de vieți omenești.

În cele ce urmează vor fi descrise efectele alunecărilor de teren asupra mediului înconjurător cu tot ceea ce acesta include – de la bunurile materiale până la viețuitoare.

Efectul imediat al pierderii stabilității unui taluz sau versant este desprinderea unui volum important de roci din masiv și deplasarea acestuia. Odată cu această deplasare are loc distrugerea parțială sau totală a construcțiilor, a rețelelor edilitare, a rețelelor de transport și de comunicații de pe suprafața alunecătoare, dar și a celor aflate în zonele de influență ale alunecării. Pierderea temporară sau definitivă a adăposturilor, distrugerea habitatelor, poate avea efecte negative majore asupra psihicului viețuitoarelor. Distrugerea obiectivelor de patrimoniu poate afecta identitatea culturală.

Volumul de roci dislocat poate determina blocarea parțială sau totală a albiei unui râu și formarea unor acumulări de apă, care pot pune în pericol obiectivele din amonte. Astfel, obiectivele din afara zonei de influență a alunecării pot fi afectate de inundații și nu de alunecarea în sine.

Alunecarea taluzurilor sau versanților care mărginesc un corp de apă stătătoare poate determina la rândul ei formarea unor valuri de mari dimensiuni. În cazul lacurilor artificiale, create ca urmare a barării unui curs de apă, forța valurilor poate determina distrugerea barajelor sau a digurilor. Astfel, ca urmare a distrugerii barajului unui lac sunt puse în pericol toate obiectivele din aval și viețile omenești.

Principalele obiective existente în zonele adiacente perimetrului minier Peșteana Nord sunt reprezentate de gospodării individuale, de suprafețe de teren agricol, terenuri naturale cu pășuni sau păduri, râul Jiu, numeroase pâraie, rețeaua de drumuri și altele (vezi Capitolul 3, figura 3.2). Acestea se află la distanțe de aproximativ 50 – 100 m până la 1 km față de perimetrul minier. La o distanță chiar mai mică față de perimetrul minier (20 – 50 m) se află câteva gospodării individuale ce aparțin de satul Hotăroasa, în zona taluzului vestic (figurile 8.11 – 8.12).

Fig. 8.11 Amplasarea gospodăriilor individuale la marginea perimetrului Peșteana Nord

Fig. 8.12 Satul Hotăroasa la marginea perimetrului Peșteana Nord

Pentru a sintetiza, pe cât posibil, efectele alunecărilor de teren, s-a aplicat metoda rețelelor. Rețelele se recomandă pentru studiul relațiilor cauză – efect. Acestea sunt utilizate în general, pentru evidențierea impacturilor, fiind constituite din diagrame de flux sau lanțuri de relații multiple, care arată corespondența dintre acțiunile unui proiect și componentele ambientale pe care aceste acțiuni le-ar putea modifica. (Lazăr and Dumitrescu, 2006)

Având exemplul rețelelor de impact, s-a elaborat un tip de rețea, în vederea identificării efectelor negative ale alunecărilor de teren, în eventualitatea manifestării fenomenelor de alunecare la taluzurile definitive din perimetrul minier al carierei Peșteana Nord. “Acțiunea proiectului” este înlocuită cu o situație dată: alunecarea taluzurilor definitive. S-au avut în vedere 3 situații și anume identificarea efectelor alunecărilor taluzurilor definitive înaintea inundării, pe perioada inundării și după inundarea golului remanent al carierei. Luând în considerare obiectivele existente în zona de influență, se prezintă posibilele efecte ale alunecărilor asupra acestora (Anexa 5).

Fenomenele geotehnice au efecte negative nenumărate. Efectele cumulate pot conduce, în funcție de gravitate și amploare, la înrăutățirea calității vieții oamenilor care formează comunitățile locale.

CAPITOLUL 9

EVALUAREA RISCURILOR GEOTEHNICE ÎN CONDIȚIILE INUNDĂRII GOLULUI REMANENT AL CARIEREI PEȘTEANA NORD

Analiza de evaluare a riscului de alunecare se impune în condiții de instabilitate a taluzurilor definitive.

Riscul asociat fenomenelor geotehnice reprezintă evaluarea cantitativă exprimată valoric în unități monetare, a pierderilor materiale sau numeric, a victimelor omenești înregistrate în urma catastrofelor cauzate de apariția acestora.

Riscul este definit ca fiind produsul dintre probabilitatea de alunecare a taluzurilor și vulnerabilitatea obiectivelor antropice și naturale existente în zona de influență a alunecării (relația 9.1):

(9.1)

unde:

R – riscul (de alunecare/de lichefiere/de sufoziune);

V – vulnerabilitatea (vulnerabilitatea obiectivelor din zonă în funcție de starea tehnică a taluzurilor și depozitelor de steril/vulnerabilitatea materialului haldat la lichefiere/ vulnerabilitatea taluzurilor carierei la sufoziune);

Pr – probabilitatea (de alunecare/de lichefiere/de sufoziune).

9.1 Riscul de alunecare a taluzurilor definitive

În momentul încetării activității miniere în carieră situația golului remanent trebuie să fie certă. Așadar, trebuie să se cunoască din timp destinația ulterioară, să se evalueze condițiile de stabilitate ale taluzurilor definitive luând în considerare influența factorilor externi sau interni și să se asigure factori de stabilitate acoperitori.

9.1.1 Fenomene de alunecare în perimetrul Peșteana Nord

În perimetrul minier Peșteana Nord nu s-au înregistrat alunecări de teren majore, ci doar alunecări superficiale care nu au pus în pericol stabilitatea ansamblului de trepte ale carierei sau ale haldei.

Ultimele alunecări superficiale s-au înregistrat pe taluzul estic al carierei. La începutul anului 2018 a avut loc o alunecare care a afectat structura drumului care deservește perimetrul minier. Cu ocazia unei noi deplasări pe teren (iunie 2019), pe taluzul estic s-au observat mai multe alunecări de teren situate la distanțe de câțiva metri una față de cealaltă (figura 9.1), care, de asemenea, au afectat structura drumului tehnologic. În figurile 9.2 – 9.3 se pot observa 2 dintre alunecările superficiale.

Fig. 9.1 Evidențierea zonelor cu alunecări superficiale (vedere din spațiu; ***, Google Maps, Map data 2019)

Fig. 9.2 Alunecare de teren superficială pe taluzul estic al carierei

Fig. 9.3 Alunecare de teren superficială pe taluzul estic al carierei

Niciuna dintre aceste alunecări superficiale nu a pus în pericol stabilitatea de ansamblu a taluzului estic al carierei. Ploile și infiltrațiile din râul Jiu reprezintă cauza principală a alunecărilor de acest tip. Totuși, manifestarea acestor fenomene, tot mai des în ultimii ani, este posibil să fi fost influențată de faptul că limita estică a perimetrului a fost ușor forțată.

La taluzurile de lucru ale carierei și ale haldei s-au observat fenomene de alunecare superficială dar acestea nu au pus în pericol stabilitatea treptelor individuale sau a ansamblului de trepte.

9.1.2 Evaluarea riscului de alunecare

Riscul de alunecare este definit ca fiind produsul dintre probabilitatea de alunecare a taluzurilor și vulnerabilitatea obiectivelor antropice și naturale existente în zona de influență a alunecării (relația 9.1).

9.1.2.1 Determinarea vulnerabilității obiectivelor în funcție de starea tehnică a taluzurilor

Asigurarea stabilității masivelor/depozitelor de roci este necesară, în primul rând, din punct de vedere al siguranței obiectivelor și oamenilor din zona de influență, dar și al protecției mediului înconjurător.

În literatura de specialitate există o clasificare pe grupe de periculozitate a depozitelor de reziduuri solide în funcție de natura obiectivelor din zona de influență și de gradul de stabilitate (tabelul 9.1). (Lazăr, 2010; ***, Ordinul nr. 741, 2000, ***, APMR, 2002) privind

Având în vedere faptul că, în lucrarea de față, se face referire la stabilitatea taluzurilor definitive ale golului remanent în contextul protecției obiectivelor antropice, dar și naturale din zonele de influență, s-a realizat o clasificare a masivelor/depozitelor de roci din punct de vedere al gradului de stabilitate și al obiectivelor naturale existente în zonele de influență (tabelul 9.2). (Lazăr et al., 2015)

Tab. 9.1 Clasificarea depozitelor de reziduuri solide în funcție de natura obiectivelor antropice din zona de influență (Lazăr, 2010)

Tab. 9.2 Clasificarea depozitelor de roci în funcție de caracteristicile mediului

Prin combinarea celor 2 clasificări (tabelele 9.1 și 9.2) s-a obținut o clasificare a masivelor/depozitelor de roci în funcție de natura obiectivelor din zona de influență, de caracteristicile mediului. Pe baza acesteia s-a stabilit vulnerabilitatea obiectivelor din zonă în funcție de starea tehnică a taluzurilor și depozitelor de steril (tabelul 9.3).

Tab. 9.3 Clasificarea masivelor/depozitelor de roci în funcție de natura obiectivelor din zona de influență și stabilirea vulnerabilității obiectivelor (Lazăr et al., 2015)

unde: V = 1 – vulnerabilitate foarte redusă; V = 2 – vulnerabilitate redusă; V = 3 – vulnerabilitate medie; V = 4 – vulnerabilitate ridicată; V = 5 – vulnerabilitate foarte ridicată

În funcție de grupele de periculozitate a masivelor/depozitelor de roci, s-au stabilit cinci categorii de vulnerabilitate a taluzurilor definitive ale golurilor remanente la alunecări de teren, cărora li s-au acordat următoarele punctaje:

vulnerabilitate foarte redusă – V = 1;

vulnerabilitate redusă – V = 2;

vulnerabilitate medie – V = 3;

vulnerabilitate ridicată – V = 4;

vulnerabilitate foarte ridicată – V = 5.

Ținând seama de cele două criterii de clasificare, s-a stabilit natura obiectivelor din zonele adiacente perimetrului minier, respectiv golului remanent al carierei Peșteana Nord (tabelul 9.4).

Tab. 9.4 Natura obiectivelor din zonele de influență

*obiectivele antropice se află la distanțe de aproximativ 50 – 100 m până la 1 km față de golul remanent.

Conform tabelelor 9.3 și 9.4 și scalei alese pentru reprezentarea vulnerabilității, masivul, respectiv depozitul de roci care mărginesc prin taluzurile definitive golul remanent al carierei Peșteana Nord au fost încadrate în grupele de periculozitate, respectiv în categoriile de vulnerabilitate (tabelul 9.5).

Tab. 9.5 Stabilirea vulnerabilității masivului/depozitului de roci din perimetrul Peșteana Nord la alunecări de teren

Pe baza valorilor obținute în urma încadrării în categoriile de vulnerabilitate, s-a determinat o valoare medie a vulnerabilității. Având în vedere analizele de stabilitate care indică în general taluzuri stabile, se constată că pentru valoarea medie rezultată (Vm= 3,5), masivul/depozitul de roci prezintă vulnerabilitate medie la alunecări de teren.

9.1.2.2 Determinarea probabilității de alunecare

Un taluz se află în echilibru atunci când rezultatul raportului dintre forțele de alunecare (Fal) și forțele de rezistență (Frez) este unitar (relația 9.2). Acest raport este numit coeficient de stabilitate (Fs).

(9.2)

Analizele de stabilitate de tip determinist prezintă erori precum imprecizia, aproximarea, simplificările introduse de modelul terenului și cele privind neomogenitatea acestuia. Spre deosebire de acestea, o abordare de tip probabilistic permite examinarea erorilor cu instrumente ale teoriei probabilităților și abordarea problemei surselor de incertitudine într-o manieră mai riguroasă și rațională.

Analiza probabilistică abandonează conceptul de coeficient de stabilitate, preferându-l pe acela de limită de stabilitate (LS). Limita de stabilitate este definită ca diferența dintre forțele de rezistență și forțele de alunecare. Astfel, limita de stabilitate s-a redefinit prin relația 9.3, împărțind cei doi membri la Fal și furnizând o LS normalizată.

(9.3)

La echilibru LS trebuie să fie egală cu zero (Frez = Fal); astfel:

LS < 0 – taluz instabil;

LS = 0 – taluz la limita de stabilitate;

LS > 0 – taluz stabil.

Sursele de incertitudine conduc la generarea unui interval de valori ale LS posibil distribuite după o lege de densitate a probabilității (de exemplu, distribuție Gauss). Se definește ca probabilitate de alunecare (Pr) probabilitatea ca valoarea lui LS să fie mai mică de 0 (condiție de echilibru).

Metoda Rosenblueth, aplicată la verificarea stabilității taluzurilor formate din strate/amestec de roci moi, permite obținerea valorii cele mai probabile a limitei de stabilitate LS (valoarea medie LSm) și a unei indicații privind dispersia sa (abaterea medie pătratică σLS). (Rosenblueth, 1975; Rosenblueth, 1981)

În acest caz s-au folosit ca variabile cazuale 3 dintre cele mai importante caracteristici geotehnice ale rocilor (greutatea volumetrică, γV, coeziunea, c și unghiul de frecare interioară, φ), presupunând că acestea au o distribuție gaussiană simetrică.

S-au respectat următorii pași:

– pe baza datelor supuse prelucrării statistico-matematice s-au calculat valorile minime, maxime, medii pentru cele 3 caracteristici amintite și abaterile pătratice medii respective;

– cu ajutorul soft-ului Slide, folosind metoda lui Janbu (care a oferit valorile cele mai mici), s-au determinat coeficienții de stabilitate pentru taluzurile definitive ale golului remanent al carierei Peșteana Nord (vezi Anexa 6, tabelul A.6.2 și Anexa 7, tabelele A.7.1 și A.7.2);

– se determină limitele de stabilitate corespunzătoare cu relațiile (9.4 – 9.7):

(9.4)

(9.5)

(9.6)

(9.7)

– se calculează valorile medii ale limitelor de stabilitate (relația 9.8) și abaterile medii pătratice (relația 9.9):

(9.8)

(9.9)

Scopul unei analize realizată pe criterii probabilistice este acela de a identifica probabilitatea de alunecare a taluzului examinat.

Metoda Rosenblueth permite obținerea unor evaluări corecte a valorii medii LSm și a abaterii medii pătratice σLS ale limitei de stabilitate.

Aceste mărimi permit obținerea directă a valorii lui LSk asociată unei anumite probabilități de alunecare (valoarea caracteristică a lui LS) cu ajutorul relației 9.10:

(9.10)

unde:

LSk – valoarea caracteristică a limitei de stabilitate;

LSm – valoarea medie a limitei de stabilitate;

KLS – coeficient de variație a LS definit ca raportul dintre abaterea medie pătratică σLS și media valorilor lui LS (relația 9.11);

(9.11)

χ – parametru dependent de legea de distribuție a probabilității și de probabilitatea de nedepășire adoptată. În cazul unei distribuții gaussiene, valorile lui χ se pot obține direct din tabelul 9.6 sau din graficul reprezentat în figura 9.4:

Tab. 9.6 Probabilitatea de alunecare în funcție de parametrul χ

Fig. 9.4 Reprezentarea grafică a probabilității de rupere în funcție de parametrului χ

Parametrul χ s-a obținut atribuind lui LSk valoarea zero. Astfel valoarea lui χ s-a determină cu ajutorul relației 9.12:

(9.12)

Metoda Rosenblueth s-a utilizat în scopul estimării riscului de producerea a alunecărilor. Cu ajutorul acesteia s-a determinat probabilitatea de alunecare a taluzurilor, luând în considerare pentru caracteristicile fizico-mecanice ale rocilor aceleași perechi de valori utilizate anterior și determinând mai întâi limita de stabilitate, calculată cu relația 9.3. Pe baza relațiilor de calcul 9.4 – 9.12 au fost determinate elementele necesare determinării probabilității de alunecare a taluzurilor definitive ale golului remanent. Rezultatele au fost centralizate în tabelul 9.7. Pentru fiecare valoare a lui χ rezultă o probabilitate de alunecare, ceea ce permite reprezentarea și evaluarea riscului de alunecare.

Tab. 9.7 Valorile elementelor necesare determinării probabilității de alunecare a taluzurilor

Conform rezultatelor, probabilitatea de alunecare a taluzurilor carierei în condiții de drenare naturală este de 23 până la 37 % aceasta crescând până la 31 – 67 % în condițiile refacerii acviferelor și a manifestării apei în pori. În ceea ce privește probabilitatea de alunecare a taluzurilor haldei, aceasta este de 18 – 22 % în condiții de drenare naturală, crescând până la 23 – 35 % în condițiile manifestării apei în porii rocilor.

După modele existente în literatura de specialitate (Juang et al., 2000), s-a stabilit următoarea scară pentru definirea probabilității de alunecare:

Pr = 1 pentru Pral = 0 ÷ 15 % → probabilitate de alunecare foarte redusă; aproape sigur că nu va avea loc alunecarea taluzului;

Pr = 2 pentru Pral = 15 ÷ 35 % → probabilitate de alunecare redusă; este puțin probabil că va avea loc alunecarea taluzului;

Pr = 3 pentru Pral = 35 ÷ 65 % → probabilitate de alunecare medie; pierderea sau nu a echilibrului taluzului sunt la fel de probabile;

Pr = 4 pentru Pral = 65 ÷ 85 % → probabilitate de alunecare ridicată; este foarte probabil că va avea loc alunecarea taluzului;

Pr = 5 pentru Pral > 85 % → probabilitate de alunecare foarte ridicată; aproape sigur că va avea loc alunecarea taluzului.

Respectând scara de definire a probabilității de alunecare fiecărei trepte i s-a acordat punctajul corespunzător. Cu ajutorul relației 9.1 s-a determinat riscul de alunecare pentru taluzurile definitive ale golului remanent al carierei Peșteana Nord (tabelul 9.8).

Având în vedere cele 5 clase de vulnerabilitate, respectiv 5 clase de probabilitate, pentru evaluarea riscului de alunecare s-a stabilit următoarea scară:

Pentru R = 1 → risc foarte redus de alunecare;

Pentru R = 2 ÷ 4 → risc redus de alunecare;

Pentru R = 5 ÷ 9 → risc mediu de alunecare;

Pentru R = 10 ÷ 15 → risc ridicat de alunecare;

Pentru R = 16 ÷ 24 → risc foarte ridicat de alunecare;

Pentru R = 25 → risc extrem de alunecare.

Tab. 9.8 Stabilirea riscului de alunecare a taluzurilor

Încadrând taluzurile în clasele de risc și revenind asupra rezultatelor analizelor de stabilitate s-au constatat următoarele:

– în condiții de drenare naturală a apei din roci rezultă un risc mediu de alunecare a taluzurilor definitive, excepție făcând treapta I a carierei care prezintă un risc ridicat de alunecare;

– conform analizelor de stabilitate, coeficientul de stabilitate al treptei I este supraunitar, însă nu se încadrează în limitele recomandate;

– în condițiile manifestării presiunii apei în porii rocilor riscul de alunecare este sporit;

– în cazul treptelor I și II ale carierei, respectiv I, II și III ale haldei, deși condițiile se înrăutățesc, riscurile de alunecare rămân medii;

– în cazul treptelor III și IV ale carierei, respectiv treapta IV a haldei, se constată că riscurile de alunecare devin ridicate.

Riscul ridicat de alunecare estimat pentru treptele I, III și IV ale carierei se explică prin prezența stratelor acvifere (pietrișuri și nisipuri) cu grosimi mari. Ca urmare, rezistența de ansamblu a treptelor se înrăutățește.

În ceea ce privește treapta IV a haldei există un risc real de alunecare odată cu inundarea treptelor inferioare întrucât nivelul apei în haldă crește treptat înainte de a fi egalat de nivelul apei din lac. Astfel se înrăutățesc caracteristicile de rezistență, iar geometria treptei nu este favorabilă în aceste condiții.

9.2 Riscul de lichefiere a materialului haldat

Sub acțiunea apei subterane și în general, în condițiile saturării rocilor afânate și nisipoase și a manifestării presiunii apei din pori, apare riscul de producere a fenomenului de curgere prin lichefiere. O dată cu creșterea presiunii apei din pori, granulele componente ale rocii sunt înconjurate de o peliculă de apă și are loc îndepărtarea acestora una față de cealaltă, materialul intrând astfel în curgere (figura 9.5).

Fig. 9.5 Manifestarea fenomenului de lichefiere (McLauchlan and Peat, 1985)

Fenomenul de lichefiere poate fi declanșat prin acțiunea mai multor tipuri de factori, cum sunt factorii hidrologici, mecanică sau seismici.

Din punct de vedere hidrologic, probleme de lichefiere pot să apară în condițiile creșterii nivelului apei subterane și a presiunii apei din pori ca urmare a infiltrării unor cantități mari de apă provenită din precipitații sau a ridicării nivelului hidrostatic, ca urmare a alimentării formațiunilor acvifere prin intermediul ferestrelor hidrogeologice sau prin drenaj ascuns.

Vibrațiile provocate de cutremure, explozii, vehicularea utilajelor de mare tonaj, de traficul terestru și subteran și de șocurile seismice din timpul cutremurelor pot influența, de asemenea, apariția acestui fenomen. Șocurile seismice din timpul cutremurelor determină creșterea presiunii apei din pori (figura 9.6), ceea ce determină creșterea forțelor de alunecare și implicit reducerea rezervei de stabilitate. În condițiile unui teren nisipos, afânat și saturat, rocile componente pot intra în curgere, comportându-se ca un lichid, deci se manifestă fenomenul de lichefiere. (***, DT, GEB, 2015)

În literature de specialitate sunt prezentate câteva metode de evaluare a potențialului de lichefiere a masivelor/depozitelor de roci, după cum urmează:

– după criterii istorice – observații ale fenomenelor manifestate în perioadele anterioare și studierea hărților privind zonele cu potențial de lichefiere. Formațiunile de roci care au trecut printr-un fenomen de lichefiere în trecut, pot să se lichefieze din nou în condiții favorabile sau dimpotrivă, ca urmare a redistribuirii granulelor după lichefiere, a așezării acestora și a creșterii densității, condițiile nou create pot fi nevaforabile manifestării fenomenelor de lichefiere.

– după criterii geologice – tipul procesului geologic care a dus la crearea unor depozite de roci cu potențial de lichefiere: roci sedimentare (depozite aluviale), depozite de material erodat (depozite coluviale), depozite formate ca urmare a acțiunii vântului (depozite eoliene).

– după compoziție – potențialul de lichefiere depinde de natura rocilor. Rocile nisipoase cu granule care au aceleași dimensiuni sunt mult mai susceptibile la lichefiere decât rocile nisipoase cu dimensiuni ale granulelor aflate în limite largi. În cazul rocilor nisipoase cu granule de dimensiuni diferite, granulele mai mici tind să umple golurile dintre granulele mari, determinând reducerea tendinței de lichefiere. (Warraich et al., 2014)

Fig. 9.6 Presiunea apei din pori pe perioada cutremurelor (***, DT, GEB, 2015)

Până în prezent, în perimetrul Peșteana Nord nu s-au înregistrat fenomene de lichefiere, însă având în vedere fracțiunea nisipoasă existentă în haldă (≈ 48 %) și ridicarea nivelului apei în haldă pe perioada inundării, problema lichefierii poate deveni una reală.

9.2.1 Proprietățile rocilor predispuse la lichefiere

Sensibilitatea la lichefiere a rocilor/pământurilor cu granulație grosieră depinde în principal de gradul de compactare, gradul de afânare, dimensiunile granulelor minerale, uniformitatea distribuirii particulelor, forma particulelor (gradul de rotunjire) și rugozitatea particulelor.

Gradul de compactare joacă un rol decisiv în acest caz, întrucât are un rol esențial în ceea ce privește modificarea greutății volumetrice aparente a rocilor. Cu cât este mai mic gradul de compactare (deci greutatea volumetrică aparentă este mai mică, porozitatea este mai mare, gradul de afânare este mai mare), cu atât este mai mare riscul ca rocile să își piardă rezistența sub influența presiunii apei din pori. Pe plan mondial, îndeosebi în Germania, au fost realizate mai multe experimente în ceea ce privește gradul de compactare (cu ajutorul sondelor de presiune). În cazul nisipurilor saturate cu porozitate mare și cu grad redus de compactare, valorile maxime ale presiunii nu depășesc 1,5 KN/m2. (***, Planungsgemeinschaft ARGE, 2013)

În funcție de distribuția granulometrică, pentru rocile nisipoase s-au stabilit intervale de delimitare a nisipurilor predispuse la lichefiere (figura 9.7).

Ca urmare a analizelor granulometrice efectuate în laborator pe probele prelevate din perimetrul carierei Peșteana Nord (PC1 – nisip, PC2 – nisip, PH6 – nisip cu rare elemente de pietriș, PH10 – nisip cu elemente de pietriș), s-a observat că unele dintre curbele granulometrice rezultate se suprapun peste intervalul cu potențial ridicat de lichefiere. În plus, cunoscând fracțiunea importantă de roci nisipoase din haldă, s-a ridicat problema lichefierii materialului haldat în condițiile inundării golului remanent.

Conform graficului din figura 9.7 nisipurile cu o curbă granulometrică abruptă, deci cu o granulometrie uniformă, prezintă un risc de lichefiere semnificativ mai mare decât în cazul unui amestec de particule cu granulometrie neuniformă.

Se observă faptul că cele 4 curbe sunt caracteristice unor roci constituite din particule cu dimensiuni care corespund intervalului cu potențial ridicat de lichefiere. Din toate cele 14 probe prelevate 7 sunt constituite din nisipuri și nisipuri cu elemente de pietriș. Curbele granulometrice se prezintă ca fiind abrupte, 4 având granulometrie foarte uniformă (u = 1,97 – 3,16), iar celelalte 3 având uniformitate medie (u = 5,21 – 5,71). Rezultă așadar, necesitatea evaluării riscului de lichefiere a materialului steril din halda interioară a carierei Peșteana Nord în condițiile inundării golului remanent. (Apostu et al., SESAM, 2019)

Fig. 9.7 Distribuția granulometrică a nisipurilor predispuse la lichefiere (Marto et al., 2013)

Permeabilitatea și capacitatea de cedare a apei de către rocile afânate depind de distribuția granulometrică a rocilor. În funcție de permeabilitate și de capacitatea de cedare a apei, presiunea apei din pori poate fi redusă doar în anumite condiții. În condiții nedrenate (permeabilitate și capacitate de cedare a apei reduse) rezultă o reducere a tensiunilor efective în scheletul rocii.

Rugozitatea granulelor individuale influențează comportamentul rocilor afânate în ceea ce privește rezistența de rupere la forfecare. Cu cât este mai mică rugozitatea granulelor, cu atât este mai mare gradul de rotunjire al acestora, iar amestecul de roci este mai susceptibil la lichefiere.

În condițiile unor roci afânate saturate, având proprietățile descrise anterior, în cazul în care se manifestă o suprapresiune a apei în pori, se poate declanșa fenomenul de curgere prin lichefiere. Odată cu îndepărtarea tensiunilor efective dintre particulele rocii, amestecul de roci capătă proprietăți asemănătoare unei suspensii.

Pierderea stabilității depozitelor de roci poate declanșa o reacție în lanț și o antrenare a unui volum tot mai mare de roci, deoarece pierderea forței de forfecare se extinde în masa de roci, în mod continuu. Volumul de roci antrenate poate ajunge la câteva milioane de metri cubi (în funcție de dimensiunile depozitelor de steril), poate afecta suprafețe extinse de teren într-un interval de timp de ordinul a câtorva minute. După încetarea fenomenului de lichefiere, particulele de roci se dispun într-o structură mai densă, rezultând astfel o reducere a volumului.

Conform Seed et al. (1964), limita de curgere este proporțională cu conținutul de argilă, a cărei limită maximă de curgere este de aproximativ 300. Pentru rocile cu potențial de lichefiere, limita superioară a limitei de curgere este de circa 30 (adică 10% din 300, fiind în concordanță cu primul criteriu: conținut de argilă 10%).

Rocile vulnerabile, care își pot pierde rezistența și pot intra în process de lichefiere, fac parte din următoarele categorii de roci: praf nisipos-argilos, praf argilos, nisip argilos, nisip prăfos, nisip și nisip fin. Conform (Seed and Idriss, 1983) rocile vulnerabile la lichefiere au următoarele caracteristici:

Conținut de argilă < 10%

Limita de curgere < 35%

Conținutul de apă > 0,9 x limita de curgere (31,5%).

Majoritatea studiilor privind fenomenele de lichefiere s-au concentrat pe nisipuri omogene. Recent însă, o serie de cercetări privind lichefierea au evidențiat probabilitatea de lichefiere a rocilor nisipo-prăfoase până la prăfoase, cu sau fără conținut de argilă (tabelul 9.9). (Nejad, 2018)

Tab. 9.9 Susceptibilitatea de lichefiere a rocilor nisipo-prăfoase (Seed and Idriss, 1983; Nejad, 2018)

Având în vedere faptul că, din punct de vedere granulometric, granulele de praf se încadrează între cele de nisip și argilă, se presupune adesea că probabilitatea de lichefiere a rocilor prăfoase se află între probabilitatea ridicată a nisipurilor și improbabilitatea argilelor. Rocile prăfoase pot fi considerate ca fiind nisipuri foarte fine care pot fi supuse riscului de lichefiere. Conținutul de argilă și limita de curgere sunt, așa cum rezultă din cele prezentate, parametrii "cheie" care delimitează rocile lichefiabile de cele nelichefiabile.

9.2.2 Evaluarea riscului de lichefiere

Evaluarea riscului de lichefiere a materialului haldat în cariera Peșteana Nord se va realiza după metoda utilizată pentru evaluarea riscului de alunecare. Și în acest caz, riscul de lichefiere este definit ca fiind produsul dintre vulnerabilitatea materialului haldat (sau a haldei interioare) la lichefiere și probabilitatea de manifestare a fenomenelor de lichefiere (vezi relația 9.1).

Conform Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Pământului (***, INFP, 2018), pe teritoriul României, zona seismică ce are cel mai ridicat potențial distructiv este situată în litosfera subcrustală, în curbura Carpaților Orientali – regiunea Vrancea. Pe lângă aceasta, există câteva zone de surse seismice superficiale, de importanță locală pentru hazardul seismic: zonele Est – Vrânceană (EV), Făgăraș – Câmpulung (FC), Danubiană (DA), Banat (BA), Crișana – Maramureș (CM), depresiunea Bârlad (BD), depresiunea Predobrogeană (PD), falia Intramoesică (IM), depresiunea Transilvaniei (TD) (figura 9.8). (Radulian et al., 2000) Perimetrul minier al carierei Peșteana Nord se încadrează la est de zona seismică Danubiană.

Seismicitatea de fond (evenimente mici) cu magnitudine Mw < 5,0, se observă sporadic, cu precădere în nordul Olteniei, Depresiunea Hațeg, partea estică a Câmpiei Române, Platforma Moldovenească, Orogenul Carpaților Orientali. (***, INFP, 2018)

Conform SR 11100/1, amplasamentul studiat este încadrat în zona de macroseismicitate 71 pe scara MSK (unde indicele 1 corespunde unei perioade medii de revenire a cutremurelor de 50 ani). (***, O.M. nr. 2465, 2013; ***, SR 11100/1, 1993) Din punct de vedere al normativului ”Cod de proiectare seismică – partea 1, P100-1/2013”, intensitatea pentru proiectare a hazardului seismic este descrisă de valoarea de vârf a accelerației terenului, ag, determinată pentru intervalul mediu de recurență de referință (IMR) de 100 ani, În cazul zonei studiate acceleratia ag are valoarea de 0,12 g. (***, IC.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012)

Din punct de vedere al riscului seismic, Bazinul Minier Rovinari se află în zona cu gradul VI și VII de seismicitate, fără efecte majore ale ultimelor cutremure mari (figura 9.9). Rata activității seismice este relativ ridicată, însă magnitudinea înregistrată nu a depășit valoarea de 5,6. (***, INFP, 2018)

Fig. 9.8 Zone seismice superficiale (***, INFP, 2018)

Fig. 9.9 Zonarea seismică a României (***, SR 11100/1, 1993)

Statistic, cutremure cu magnitudinea ≥ 6 apar îndeosebi în Vrancea la aproximativ fiecare 10 ani, cutremure cu magnitudinea ≥ 7 la fiecare 33 ani, în timp ce cele cu magnitudinea ≥ 7,5 la fiecare 80 de ani. (Armaș, 2006)

Analizând lista cu cele mai puternice cutremure din România înregistrate pe parcursul ultimului mileniu, se constată că în județul Gorj, pe teritoriul căruia se află perimetrul minier Peșteana Nord, nu s-au înregistrat cutremure notabile cu epicentre în zona studiată sau în limitele actuale ale României care să provoace efecte semnificative în perimetrul studiat. (Herman et al., 2015; ***, Analiza și statistici cutremure România, 2018; ***, World Earthquakes, 2018; ***, INFP, 2018)

Statistic, este puțin probabil ca seismele din țară să aibă efecte negative majore în regiunea studiată. Perioada medie de revenire a cutremurelor este de aproximativ 50 de ani, iar magnitudinea înregistrată până la acest moment nu a atins valori alarmante. În consecință nu se vor studia influențele seismice în procesul de lichefiere al rocilor. (Apostu et al., SESAM, 2019)

În perimetrul minier Peșteana Nord, vibrațiile rezultă ca urmare a funcționării și vehiculării utilajelor grele din carieră (excavatoare cu rotor portcupe, benzi transportoare, mașini de haldat, buldozere, mijloace de transport auto de mare tonaj etc.). Drumul județean DJ 674 se află la aproximativ 200 m de latura vestică a perimetrului minier, iar traficul rutier este relativ redus. Drumul național DN 66, cu trafic intens, se află la minim 500 m depărtare de latura estică a perimetrului minier, între DN 66 și perimetrul Peșteana Nord aflându-se cursul regularizat al râului Jiu. În acest perimetru nu se practică derocarea prin explozii, deci nu s-au înregistrat vibrații din acestă cauză.

Spre deosebire de vibrațiile produse ocazional, care nu au influențe deosebite asupra rezervelor de stabilitate, vibrațiile repetate periodic influențează negativ stabilitatea masivelor/depozitelor de roci.

Chiar dacă aceste vibrații semnificative, generate de vehicularea utilajelor grele, acționează doar pe perioada de activitate a exploatării miniere, iar la sfârșitul activității miniere acțiunea acestora se reduce, efectul negativ cumulat în perioada de activitate nu poate fi eliminat. Efectul vibrațiilor se resimte prin modificările aduse caracteristicilor de rezistență ale rocilor. (Apostu et al., SESAM, 2019)

Având în vedere detaliile sintetizate privind activitatea seismică și acțiunea vibrațiilor din regiunea perimetrului Peșteana Nord, se poate afirma faptul că seismele și vibrațiile care rezultă de la traficul rutier pot fi neglijate.

9.2.2.1 Determinarea vulnerabilității la lichefiere

Conform graficului din figura 9.7 (Marto et al., 2013), din punct de vedere al dimensiunii particulelor de roci (diametrul) și al potențialului de lichefiere se pot deosebi 5 intervale (tabelul 9.10):

– 0,03 mm – 0,3 mm reprezintă limitele intervalului pentru rocile cu potențial ridicat de lichefiere;

– 0,01 mm – 0,03 mm, respectiv 0,3 mm – 1 mm reprezintă limitele intervalelor pentru rocile cu potențial mediu de lichefiere;

– în afara acestor limite, respectiv 0 – 0,01 mm și > 1 mm, rocile au un potențial redus sau chiar nul de lichefiere.

Tab. 9.10 Potențialul de lichefiere în funcție de dimensiunea particulelor de roci

Aplicând acceași metodologie prezentată pentru determinarea vulnerabilității ediului natural și antropic în cazul alunecărilor, s-a realizat o clasificare pe grupe de periculozitate a haldelor de steril în funcție de obiectivele naturale și antropice din zona de influență și de potențialul de lichefiere (tabelul 9.11). (Apostu et al., SESAM, 2019)

Tab. 9.11 Stabilirea vulnerabilității în funcție de potențialul de lichefiere și de natura obiectivelor naturale și antropice din zona de influență

unde: V = 1 – vulnerabilitate foarte redusă; V = 2 – vulnerabilitate redusă; V = 3 – vulnerabilitate medie; V = 4 – vulnerabilitate ridicată; V = 5 – vulnerabilitate foarte ridicată

S-au stabilit cinci categorii de vulnerabilitate a materialului haldat la lichefiere, cărora li s-au acordat următoarele punctaje:

vulnerabilitate foarte redusă – V = 1;

vulnerabilitate redusă – V = 2;

vulnerabilitate medie – V = 3;

vulnerabilitate ridicată – V = 4;

vulnerabilitate foarte ridicată – V = 5.

Formațiunile litologice din zona golului remanent sunt constituite dintr-un complex de roci sedimentare aflate în diferite proporții. Stratele de roci sterile sunt constitute în principal dintr-o succesiune de roci argiloase (28,26%), roci marnoase (12,72%), roci nisipoase (47,91%), pietrișuri și rare elemente de bolovăniș (9,82%) și sol vegetal (1,19%).

În ipoteza în care halda este formată din amestecul de roci amintite, conform literaturii de specialitate, fracțiunea de aproximativ 30% argilă face ca materialul haldat să se încadreze în afara categoriei rocilor lichefiabile (Seed and Idriss, 1983; Nejad, 2018).

În realitate însă, rocile haldate nu sunt reprezentate printr-un amestec uniform. Ca urmare a excavării și depozitării rocilor sterile în haldă într-o succesiune care depind de procesul tehnologic, dar și de necesitatea adaptării acestuia la condiții neprevăzute, rezultă porțiuni constituite mai mult sau mai puțin din roci de aceeași natură. Situația problematică apare în cazul în care taluzurile definitive ale haldei sau porțiuni din acestea, care vin în contact cu apa din lac, sunt constituite din roci nisipoase. Crearea condițiilor favorabile în aceste zone odată cu inundarea golului remanent (roci nisipoase afânate și saturate și manifestarea presiunii apei în pori) pot influența apariția fenomenului de lichefiere.

În tabelul 9.12 sunt prezentate datele privind conținutul în argilă și limitele de curgere pentru probele prelevate din perimetrul minier Peșteana Nord.

Tab. 9.12 Conținutul în argilă și limita de curgere

Analizând rezultatele obținute în contextul riscului de lichefiere, se constată că probele PC4, PH1, PH4, PH5, PH9 nu sunt susceptibile la lichefiere datorită conținutului mare în argilă și a limitei mari de curgere. Pentru celelalte probe, conținutul redus de argilă sau lipsa fracțiunii argiloase, nu a permis determinarea limitei de curgere.

Analizând toate curbele granulometrice obținute pe baza analizelor granulometrice efectuate în laborator, s-a observat că există totuși un echilibru între distribuțiile granulometrice ale rocilor probate. În figura 9.10 se prezintă 8 dintre curbele granulometrice obținute, suprapuse peste graficul privind distribuția granulometrică a nisipurilor predispuse la lichefiere. (Marto et al., 2013)

Fig. 9.10 Curbe granulometrice ale rocilor din perimetrul Peșteana Nord (PC1 – nisip, PC2 – nisip, PC4 – argilă nisipoasă PH1 – argilă nisipoasă, PH5 – praf, PH6 – nisip, PH9 – argilă prăfoasă, PH10 – nisip)

Ca urmare, fiind imposibilă modelarea treptelor haldei în funcție de natura rocilor componente, se consideră că halda este formată dintr-un amestec de roci cu dimensiuni variabile ale particulelor (de la argile până la nisipuri și pietrișuri) și cu uniformitate medie.

Prin lichefiere poate fi antrenat un volum important de roci haldate. Având în vedere amplasarea și modul de dezvoltare al haldei în golul remanent al carierei Peșteana Nord, eventualele fenomene de lichefiere ar afecta în primul rând materialul din haldă, pe suprafața căreia nu există obiective naturale și antropice de interes major, ci doar vegetație instalată spontan și câțiva mesteceni. În cazul golurilor remanente, nu există suficientă libertate de curgere a suspensiei rocă-apă, însă fenomenul de lichefiere poate duce la fracturarea terenului și la alunecări ale haldei și terenului, care pot determina distrugerea unor obiective din zonele adiacente perimetrului minier. (Apostu et al., SESAM, 2019)

Conform tabelului 9.12 și scalei alese pentru reprezentarea vulnerabilității, materialul steril depozitat în halda interioară a carierei Peșteana Nord a fost încadrat în grupele de periculozitate, respectiv în categoriile de vulnerabilitate ținându-se cont de obiectivele existente în zona de influență (tabelul 9.13).

Tab. 9.13 Stabilirea vulnerabilității haldei interioare din perimetrul Peșteana Nord la lichefiere

Pe baza valorilor obținute în urma încadrării în categoriile de vulnerabilitate, s-a determinat o valoare medie a vulnerabilității. Așadar, halda interioară din golul remanent al carierei Peșteana Nord, prezintă vulnerabilitate redusă la lichefiere (V=2).

9.2.2.2 Determinarea probabilității de lichefiere

În funcție de probabilitatea de lichefiere s-au stabilit și definit 5 clase de lichefiere (tabelul 9.14). Pe baza acestora s-a stabilit o scară de evaluare a probabilității de lichefiere, care cuprinde valori de la 1 la 5, valoarea 1 definind improbabilitatea apariției fenomenului de lichefiere, iar 5 definind probabilitatea foarte ridicată de lichefiere. (Juang et al., 2000; Juang et al., 2013)

Tab. 9.14 Clasele de lichefiere (Juang et al., 2000)

În vederea estimării probabilității de lichefiere, cele 5 clase au fost definite după o serie de criterii de evaluare: fracțiunea granulometrică predominantă, gradul de neuniformitate, tipul curbei granulometrice, porozitatea, cifra porilor, gradul de afânare, gradul de saturare, rugozitatea și gradul de rotunjire al granulelor rocii (tabelul 9.15).

Tab. 9.15 Estimarea probabilității de lichefiere

Gradul de afânare depinde de structura și compoziția rocilor, de mărimea granulelor și variază atât în funcție de natura rocilor, cât și în timp. Se deosebesc 2 stări: starea inițială și starea remanentă. Din punct de vedere al gradului de afânare a rocilor moi, gradul de afânare inițial variază între 1,31-1,38, iar gradul de afânare remanent între 1,10-1,16. (Todorescu, 1984) Pe de altă parte, Huidu (2012) precizează că cea mai mică afânare se regăsește la nisipuri (1,12 %) și cea mai mare la argile (1,35%). Așadar, lichefierea se poate manifesta îndeosebi la depunerile recente și în zonele superioare ale haldelor de steril, întrucât în zonele inferioare gradul de afânare scade ca urmare a presiunii date de către stratele superioare în timp.

Conform analizelor efectuate pe probele de roci sterile prelevate din perimetrul Peșteana Nord și a datelor preluate din studiile de specialitate, s-a efectuat încadrarea în clasele de lichefiere în funcție de probabilitatea de lichefiere. Conform analizelor de laborator, după gradul de neuniformitate caracteristic, rocile prezintă uniformitate medie până la foarte uniforme. Studiile de specialitate arată că în intervalul stratelor VII-VIII de cărbune rocile prezintă o neuniformitate accentuată. Având în vedere faptul că materialul haldat este un amestec de roci, conform gradului de neuniformitate, gradului de afânare, a rugozității și a gradului de rotunjire, rocile s-au încadrat în categoria rocilor cu probabilitate medie de lichefiere (Pr=3). Din punct de vedere al gradului de saturare se consideră că rocile haldate se află în stare foarte umedă până la saturată (Pr=4÷5). Această condiție descrie situația din momentul începerii inundării golului remanent. Materialul haldat saturat este un criteriu esențial în evaluarea probabilității de lichefiere, întrucât apa este principala cauză a apariției acestor fenomene geotehnice. Cunoscând și conținutul de roci nisipoase (≈50% – Pr=4), s-a estimat că există o probabilitate medie către ridicată de lichefiere a materialului haldat (Pr=3÷4). (Apostu et al., SESAM, 2019)

Având în vedere cele 5 clase de vulnerabilitate, respectiv 5 clase de probabilitate, pentru evaluarea riscului de lichefiere s-a stabilit următoarea scară:

Pentru R = 1 → risc foarte redus de lichefiere;

Pentru R = 2÷4 → risc redus de lichefiere;

Pentru R = 5÷9 → risc mediu de lichefiere;

Pentru R = 10÷15 → risc ridicat de lichefiere;

Pentru R = 16÷24 → risc foarte ridicat de lichefiere;

Pentru R = 25 → risc extrem de lichefiere.

Cu ajutorul relației 9.1 s-a calculat riscul de apariție a fenomenelor de lichefiere la halda interioară din perimetrul carierei Peșteana Nord. Rezultatul (R = V∙Pr = 2 ∙ (3÷4) = 6÷8) indică un risc mediu de apariție a fenomenelor de lichefiere.

9.3 Riscul de sufoziune la taluzurile definitive ale carierei

Sufoziunea este o formă de eroziune internă care constă în antrenarea sau dizolvarea și transportul granulelor fine, respectiv a sărurilor minerale dintr-un mediu poros sub acțiunea curenților hidrodinamici.

Fenomenul de sufoziune se manifestă sub acțiunea apei subterane prin:

– sufoziune hidrodinamică, proces prin care apa antrenează particulele fine de roci nisipoase, sub acțiunea presiunii hidrodinamice, atunci când viteza de filtrare depășește viteza critică. În aceste condiții se formează așa-numitul “torent subteran” (figura 9.11),

– sufoziune hidrochimică, proces prin care apa dizolvă și antrenează substanțele solubile care leagă particulele de roci din masiv.

Având în vedere structura litologică din perimetrul Peșteana Nord și faptul că au fost observate mai multe zone sufozionare rezultate ca urmare a drenării naturale a apei prin taluzurile carierei, s-a constatat că este necesară evaluarea riscului de sufoziune hidrodinamică.

Fig. 9.11 Manifestarea fenomenului de sufoziune hidrodinamică la rocile nisipoase (Yerro et al., 2017)

În locul particulelor fine rămân spații de diferite dimensiuni, iar granulele grosiere tind să se reașeze. Astfel, deasupra curentului acvifer pot să se formeze pâlnii sufozionare. Pâlniile sufozionare apar la suprafața terenului sub forma unor depresiuni circulare sau pe taluzuri. Prin unirea mai multor pâlnii sufozionare se formează văile sufozionare, care pot fi de dimensiuni mai mici sau mai mari.

Fenomenul este caracteristic în special iazurilor de decantare, dar se poate manifesta uneori și în cazul haldelor. În cazul taluzurilor in-situ, sufoziunea poate conduce la subminare, urmată de prăbușiri și alunecări. În cazul din urmă este un fenomen cu atât mai periculos când se produce la baza taluzului.

Golurile subterane care se creează, în funcție de dimensiuni și de adâncimea la care se află, pot duce la pierderea echilibrului natural al rocilor din acoperiș și la apariția fenomenelor de alunecare. Chiar dacă zonele afectate de fenomenele sufozionare nu implică întotdeauna alunecarea terenului, acestea determină distrugerea unor instalații sau lucrări din zona de influență.

9.3.1 Fenomene de sufoziune în perimetrul Peșteana Nord

Printre metodele de evaluare a probabilității de apariție a fenomenelor de sufoziune în masivele/depozitele de roci, se numără înregistrările istorice și observații ale fenomenelor manifestate în perioadele anterioare și studierea hărților privind zonele cu potențial de sufoziune.

Conform analizelor vizuale efectuate în perioada de exploatare, în perimetrul minier Peșteana Nord s-au observat mai multe zone sufozionare pe taluzurile treptelor III și IV ale carierei (figura 9.12). Cauzele care au dus la manifestarea fenomenelor de sufoziune sunt reprezentate de drenarea naturală a apelor subterane prin aceste două trepte ale carierei, care cuprind în stucura lor roci de natură nisipoasă. Din această zonă s-a preluat proba PC2 constituită din nisip preponderent fin.

Fig. 9.12 Zone sufozionare pe treapta III a carierei

Inginerii specialiști din cariera Peșteana Nord confirmă faptul că aceste zone sufozionare apar des la treptele de lucru, dar susțin că acestea sunt eliminate odată cu avansarea fronturilor de lucru și nu au pus în pericol niciodată stabilitatea de ansamblu a treptelor.

Se apreciază faptul că în momentul opririi lucrărilor de asecare din perimetrul minier Peșteana Nord, afluxul de apă subterană care va alimenta și va contribui la refacerea resurselor acvifere și la inundarea golului remanent, poate favoriza manifestarea fenomenului de sufoziune la scară mai mare. (Apostu and Faur, 2019)

Studiind corelația dintre gradientul hidraulic și coeficientul de neuniformitate al rocilor nisipoase, Istomina a separat, pe cale experimentală, domeniul gradienților critici care produc procese sufozionare de cel al gradienților hidraulici admisibili, inofensivi pentru structura rocilor (figura 9.13). (Istomina, 1957)

Fig. 9.13 Corelația dintre gradientul hidraulic și coeficientul de neuniformitate (Istomina, 1957)

Analizând graficul din figura 9.13, se observă o scădere accentuată a gradientului hidraulic odată cu creșterea coeficientului de neuniformitate. Așadar, conform graficului, pentru nisipurile cu valori mici ale coeficientului de neuniformitate, deci pentru nisipuri cu granulație uniformă, fenomenul de sufoziune de poate produce numai în cazul unor valori foarte mari ale gradienților hidraulici. (Băncilă et al., 1979)

Dintre cele 14 probe prelevate din perimetrul minier Peșteana Nord, care au fost supuse analizei granulometrice, 11 probe sunt alcătuite din roci nisipoase sau au în compoziție fracțiuni importante de roci nisipoase (PC1, PC2, PC3, PC4, PH1, PH2, PH3, PH6, PH7, PH8, PH10 – vezi tabelul 6.3). Având în vedere faptul că fenomenele de sufoziune se manifestă în general în masele de roci nisipoase, în studiul fenomenului de sufoziune se iau în considerare doar aceste 11 probe care au în compoziție roci nisipoase. La acestea se mai adaugă datele existente în literatura de specialitate, respectiv datele obținute din rapoartele efectuate de către Institutul de Cercetare Știițifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit – Craiova.

Din cele 14 probe prelevate din perimetrul minier Peșteana Nord, care au fost supuse analizei granulometrice, din punct de vedere al coeficientului de neuniformitate s-au delimitat 3 cu un grad ridicat de neuniformitate la care se adaugă o probă (PH4) cu o valoare a coeficientului de neuniformitate foarte apropiată de limita inferioară a categoriei rocilor foarte neuniforme (U ≈ 15; tabelul 9.16).

Tab. 9.16 Încadrarea probelor în funcție de coeficientul de neuniformitate – Roci cu granulometrie foarte neuniformă (Apostu, Raport de cercetare nr. 3, 2018)

Se apreciază că dacă până în momentul inundării complete a golului remanent al carierei Peșteana Nord, nu au apărut fenomene de sufoziune, posibilitatea manifestării acestora pe viitor este redusă. Presiunea hidrostatică care acționează asupra taluzurilor definitive ale golului remanent, influențează pozitiv rezerva de stabilitate a acestora și împiedică procesul de antrenare a granululor minerale din masa rocilor. Așadar, problemele geotehnice pot să apară îndeosebi în perioada inundării golului remanent.

9.3.2 Evaluarea riscului de sufoziune

Evaluarea riscului de apariție a fenomenelor de sufoziune la treptele III și IV ale carierei Peșteana Nord s-a realizat după metoda utilizată pentru evaluarea riscului de alunecare. În acest caz, riscul de sufoziune este definit ca fiind produsul dintre vulnerabilitatea taluzurilor la sufoziune și probabilitatea de manifestare a fenomenelor de sufoziune (relația 9.1).

9.3.2.1 Determinarea vulnerabilității la sufoziune

Din punct de vedere al dimensiunii particulelor de roci, în funcție de coeficientul de neuniformitate și de gradientul hidraulic se deosebesc 3 situații cu potențial ridicat de sufoziune:

– nisipuri cu granulație foarte uniform, care prezintă potențial de sufoziune doar în condițiile unor valori mari ale gradienților hidraulici (I = 0,7 ÷ 1);

– nisipuri cu uniformitate medie din punct de vedere granulometric care prezintă potențial de sufoziune în condițiile unor valori medii ale gradienților hidraulici (I = 0,3 ÷ 0,7);

– nisipuri cu granulație foarte neuniformă, care prezintă potențial de sufoziune chiar și în condițiile unor valori reduse ale gradienților hidraulici (I < 0,3).

Conform literaturii de specialitate (Istomina, 1957), sufoziunea găsește condiții de dezvoltare în cazul nisipurilor cu granulație neuniformă și mai puțin în condițiile unor nisipuri cu granulație uniformă. Mergând pe această ipoteză și acceptând un gradient hidraulic critic, a fost analizat potențialul de sufoziune la rocile nisipoase în funcție de coeficientul de neuniformitate (tabelul 9.17)

Tab. 9.17 Potențialul de sufoziune în funcție de coeficientul de neuniformitate al rocilor în condițiile unui gradient hidraulic critic

Formațiunile acvifere pot fi clasificate luând în considerare mai multe criterii. Pentru rezolvarea problematicii abordată în teza de doctorat, s-a realizat o caracterizare a acviferelor din punct de vedere al potențialului de sufoziune, în funcție de grosimea și înclinarea stratelor acvifere față de golul remanent, coeficientul de filtrare și coeficientul afluxului de apă. Astfel, s-au stabilit 3 clase în funcție de tipul acviferelor:

clasa I – acvifere caracterizate de condiții de drenabilitate ușoare, cu potențial redus de sufoziune; sigure din punct de vedere al siguranței și securității,

clasa a II-a – acvifere caracterizate de condiții de drenabilitate medii, cu potențial mediu de sufoziune;

clasa a III-a – acvifere caracterizate de condiții de drenabilitate grele și foarte grele, cu potențial ridicat de sufoziune (tabelul 9.18).

Chiar dacă pentru inundarea golului remanent este necesar un aflux de apă subterană considerabil, rocile foarte permebile și uniforme constituie o premiză pentru apariția fenomenelor sufozionare. În aceste condiții menținerea în funcțiune a unor foraje de asecare este recomandată pentru controlul afluxului de apă până în momentul submersării zonelor de risc. Astfel, se pot preveni fenomenele sufozionare și se asigură condiții corespunzătoare din punct de vedere al siguranței și securității obiectivelor din zonă.

Tab. 9.18 Tipuri de acvifere în funcție de potențialului de sufoziune

În funcție de tipul acviferului și de potențialul de sufoziune s-a realizat o clasificare pe grupe de periculozitate a taluzurilor in-situ. Astfel, s-au stabilit trei categorii de vulnerabilitate a taluzurilor carierei la sufoziune (tabelul 9.19), cărora li s-au acordat următoarele punctaje:

vulnerabilitate redusă – V = 1;

vulnerabilitate medie – V = 2;

vulnerabilitate ridicată – V = 3.

Tab. 9.19. Stabilirea vulnerabilității în funcție de potențialul de sufoziune și de natura obiectivelor naturale și antropice din zona de influență

unde: V = 1 – vulnerabilitate redusă; V = 2 – vulnerabilitate medie; V = 3 – vulnerabilitate ridicată

Orizontul acvifer din intervalul stratelor VI – VIII de lignit, unul dintre principalele orizonturi acvifere din regiune, prezintă un grad mare neuniformitate granulometrică, fiind constituit din nisipuri prăfoase – argiloase, nisipuri fine și medii sau grosiere fiind. (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012) Zonele de interes major din punct de vedere al potențialului de manifestare a fenomenelor de sufoziune, treptele III și IV ale carierei, sunt marcate în figura 9.14.

Fig. 9.14 Evidențierea zonelor cu potențial de sufoziune

Probleme majore apar în zonele de înfrățire a treptelor III și IV ale carierei, întrucât manifestarea fenomenelor de sufoziune la baza taluzului poate implica deplasarea masei de roci aflată deasupra zonei sufozionare.

În intervalul stratelor VII-VIII de lignit sunt prezente 2 strate acvifere, separate de un strat de marne și de un strat subțire de lignit. Stratul acvifer inferior are o grosime de 15 până la peste 34 m și nu înclină către golul remanent, în timp ce stratul acvifer superior are o grosime de 6 – 7 m, este orizontal, apoi înclină ușor dinspre golul remanent către sud. Orizontul acvifer din intervalul VII-VIII de lignit are o grosime maximă de cca. 40 m. Coeficientul afluxului de apă în perimetrul Peșteana Nord este de 12,87 m3/t, iar coeficientul de filtrare variază în intervalul stratelor VII-VIII între 0,62 – 1,71 m/zi.

Conform tabelelor 9.17 – 9.19 și a scalei alese pentru reprezentarea vulnerabilității, treptele III și IV ale carierei au fost încadrat în grupele de periculozitate, respectiv în categoriile de vulnerabilitate ținându-se cont de caracteristicile acviferului. Din punct de vedere al înclinării stratelor și al permeabilității, orizontul acvifer se încadrează în clasa a II-a, iar din punct de vedere al celorlalte caracteristici se încadrează în clasa a III-a. Pe baza valorilor obținute în urma încadrării în categoriile de vulnerabilitate și pentru asigurarea unui grad de siguranță ridicat, s-a stabilit că treptele III și IV ale carierei Peșteana Nord prezintă vulnerabilitate medie spre ridicată (V=2-3) la sufoziune.

Pe baza studiilor și rapoartelor de specialitate consultate și ținând seama de rezultatele obținute în cadrul încercărilor și determinărilor în laborator, rezultă că stratele de nisip din treptele III și IV ale carierei implică un potențial ridicat de sufoziune.

9.3.2.2 Determinarea probabilității de sufoziune

Pentru a putea evalua probabilitatea de manifestare a fenomenelor de sufoziune, peste graficul propus de Istomina (1957) a fost suprapusă o rețea care cuprinde 10×10 căsuțe. Fiecare căsuță marchează probabilitatea (exprimată în procente) de manifestare a fenomenelor de sufoziune. Astfel, au fost delimitate trei zone care descriu probabilitatea de apariție a fenomenelor sufozionare, în funcție de poziția rețelei față de curba care delimitează gradienții hidraulici critici de cei admisibili (figura 9.15).

S-a luat în considerare următoarea scară pentru determinarea probabilității de apariție a fenomenelor de sufoziune:

Pr = 1 – probabilitate de sufoziune redusă, foarte redusă sau nulă;

Pr = 2 – probabilitate de sufoziune medie;

Pr = 3 – probabilitate de sufoziune ridicată și foarte ridicată.

Fig. 9.15 Probabilitatea de sufoziune în funcție de gradientul hidraulic și coeficientul de neuniformitate

În cazul golului remanent al carierei Peșteana Nord, interesează în mod deosebit, din punct de vedere al riscului de sufoziune, afluxul de apă care vine dinspre SSE și SSV înspre golul remanent în momentul opririi sistemelor de asecare. Acesta poate determina antrenarea particulelor mai fine din stratele de roci nisipoase cu granulometrie neuniformă. Pentru a analiza situația din perimetrul Peșteana Nord din acest punct de vedere, au fost necesare determinarea, analiza și interpretarea valorilor gradientului gradientului hidraulic.

Având în vedere faptul că în perimetrul Peșteana Nord mai funcționează doar 6 foraje (4 de asecare a stratului freatic și 2 de detensionare a acviferului artezian), pentru determinarea gradientului hidraulic al acviferelor din complexul de Motru, conform graficului de eșalonare în timp a execuției forajelor și a datelor privind acviferele din perimetrul Peșteana Nord (Anexa 8) s-au folosit ultimele date disponibile. În acest sens, s-au luat în considerare 7 foraje executate înaintea frontului de lucru cu date înregistrate în perioada 2013-2014 (figura 9.16).

În figura 9.17 se prezintă cele 4 foraje executate în stratul freatic amplasate la o distanță de cca. 150 m unul față de celălalt. Cota medie a terenului în zona forajelor FT20 – FT23 este de 138 m.

Fig. 9.16 Amplasarea forajelor de asecare a acviferelor freatic și din complexul de Motru

Fig. 9.17 Acvifer freatic – Nivelul hidrostatic (conform forajelor FT20-FT23 de pe taluzul estic)

Pe baza datelor existente, atent sintetizate (tabelele 5.2, 5.3, 5.4, 5.5 și ANEXA 8), în funcție de izobatele intersectate de foraje, respectiv de nivelul hidrostatic, s-au determinat gradienții hidraulici caracteristici acviferelor freatic și din intervalul stratelor VIII-VII și VI-V de lignit (tabelul 9.20).

Pe baza datelor existente, în funcție de valorile nivelului hidrostatic inițial al apelor freatice, s-a determinat gradientul hidraulic care variază între 0,0057 – 0,0107, gradientul hidraulic mediu fiind Imed-freatic=0,007619.

Pe baza datelor existente, în funcție de valorile presiunilor înregistrate la gura forajelor (m col. H2O), s-a determinat gradientul hidraulic caracteristic acviferului artezian din culcușul stratului IV de cărbune IculcușIV = 0,001464.

Pe baza datelor existente, în funcție de izobatele intersectate de foraje, s-au determinat gradienții hidraulici medii caracteristici acviferelor din intervalul stratelor VIII-VII și VI-V de cărbune: IintVIII-VII = 0,019982 și IintVI-V = 0,031890.

Tab. 9.20 Determinarea gradienților hidraulici

Analizând rezultatele din tabelul 9.20, se observă valorile reduse ale gradienților hidraulici, ceea ce indică o probabilitate redusă (P = 1) de apariție a fenomenelor de sufoziune la treptele III și IV ale carierei, chiar și în cazul rocilor cu granulometrie neuniformă.

Având în vedere cele 3 clase de vulnerabilitate, respectiv 3 clase de probabilitate, pentru evaluarea riscului s-a stabilit următoarea scară care în care se va încadra riscul de apariție a fenomenelor de sufoziune:

Pentru R = 1 → risc redus de sufoziune;

Pentru R = 2÷3 → risc mediu de sufoziune;

Pentru R = 4÷5 → risc ridicat de sufoziune;

Pentru R = 6÷8 → risc foarte ridicat de sufoziune;

Pentru R = 9 → risc extrem de sufoziune.

Cu ajutorul relației 9.1 s-a determinat riscul de apariție a fenomenelor de sufoziune pe treptele III și IV ale carierei Peșteana Nord. Rezultă un risc mediu (R = V∙Pr = (2÷3) ∙ 1 = 2÷3) de apariție a fenomenelor de sufoziune.

Fenomenele de sufoziune înregistrate în perimetrul carierei Peșteana Nord de-a lungul timpului, s-au manifestat la partea superioară a treptei IV și la partea inferioară a treptei III și nu au pus în pericol stabilitatea treptelor individuale sau a ansamblului de trepte ale carierei. Rezultatul evaluării riscului confirmă faptul că riscul de sufoziune există, dar nu se pune problema unor fenomene de sufoziune de mare amploare. Probleme majore pot să apară în perioada post-închidere până în momentul submersării treptelor, având în vedere perioada lungă de serviciu a treptelor definitive.

CAPITOLUL 10

SOLUȚII ȘI MĂSURI DE DIMINUARE A RISCURILOR ȘI REINTEGRARE FUNCȚIONALĂ A LACULUI FORMAT

Având în vedere riscurile geotehnice care sunt associate inundării golurilor remanente ale carierelor de lignit, determinate și analizate în capitolele anterioare, se impune identificarea unor soluții viabile pentru minimizarea acestora. Astfel, sunt prezentate pentru început propunerile Institutului de Cercetare Știițifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit Craiova în ceea ce privește recuperarea și ecologizarea perimetrului minier Peșteana Nord, dar și stadiul de implementare a acestora până în acest moment. I.C.S.I.T.P.M.L. Craiova propune amenajarea terenurilor pentru culturi silvice, agricole și fânețe și inundarea golului remanent al carierei Peșteana Nord până la cota 135 m. Până în anul 2019 s-au efectuat o serie de lucrări de reamenjare, depunere de sol vegetal, cultivare silvică și agricolă concomitent cu lucrările de exploatare.

Analizând soluțiile propuse de I.C.S.I.T.P.M.L. Craiova, s-a ajuns la concluzia că sunt oportune câteva sugestii și chiar modificări, astfel că acest capitol oferă o serie de soluții privind reintegrarea funcțională a lacului în peisaj în condiții de siguranță și securitate.

Documentațiile privind valabilitatea licenței de exploatare prevăd exploatarea lignitului până în anul 2021 în perimetrul minier Peșteana Nord. Obligativitatea executării și finalizării lucrărilor de recuperare a terenurilor afectate de activitățile miniere revine titularului licenței de exploatare, conform Legii minelor nr. 85/2003. (***, Legea minelor nr. 85, 2003)

Conform rezultatelor obținute în urma efectuării studiilor de evaluare a riscurilor geotehnice pe parcursul inundării golului remanent al carierei Peșteana Nord, s-a constatat că acestea există, având magnitudini diferite, după cum urmează:

risc ridicat de alunecare a taluzului treptei I a carierei în condiții de drenare naturală – se explică prin existența la partea superioară a unui strat gros de pietriș (≈ 6 m) lipsit de coeziune și cu o greutate volumetrică aparentă mare în comparație cu cea a rocilor din stratele inferioare;

risc mediu de alunecare a taluzurilor treptelor II, III și IV ale carierei și a taluzurilor treptelor haldei interioare în condiții de drenare naturală – se explică prin existența stratelor nisipoase la care valorile coeziunii sunt reduse;

risc ridicat de alunecare a taluzurilor treptelor I, III și IV ale carierei în condițiile refacerii resurselor acvifere și a manifestării presiunii apei în pori – creșterea greutății volumetrice și înrăutățirea caracteristicilor de rezistență ale rocilor sub influența apei determină reducerea rezervei de stabilitate a taluzurilor, ceea ce a dus la sporirea riscului de alunecare;

risc ridicat de alunecare a taluzului treptei IV a haldei în condițiile submersării complete a treptei inferioare, a ridicării nivelului apei în haldă și a manifestării presiunii apei în pori – odată cu inundarea treptelor inferioare nivelul apei în haldă crește treptat înainte de a fi egalat de nivelul apei din lac. Această situație determină înrăutățirea caracteristicilor de rezistență și sporirea riscului de alunecare;

risc mediu de alunecare a taluzului treptei II a carierei în condițiile refacerii resurselor acvifere și a manifestării presiunii apei în pori;

risc mediu de alunecare a taluzurilor treptelor I, II și III ale haldei interioare în condițiile ridicării nivelului apei în lac și în haldă și a manifestării presiunii apei în pori;

risc mediu de lichefiere a materialului haldat în halda interioară – deși, de-a lungul timpului, nu s-au înregistrat sau observat fenomene de lichefiere în perimetrul Peșteana Nord, fracțiunea nisipoasă existentă în haldă, de aproape 50%, a impus evaluarea riscului de lichefiere. Conform rezultatului obținut, probabilitatea de producere a fenomenului de lichefiere a materialului haldat în timpul procesului de inundare este de aproximativ 50%.

risc mediu de apariție a fenomenelor de sufoziune la treptele III și IV ale carierei – de-a lungul timpului, la partea superioară a taluzului treptei IV și la partea inferioară a taluzului treptei III a carierei s-au produs fenomene de sufoziune de dimensiuni mici și medii. Acestea au fost eliminate odată cu avansarea fronturilor de lucru. Riscul mediu rezultat confirmă faptul că riscul de sufoziune există. Probleme mai mari pot să apară la taluzurile definitive, acestea având o perioadă lungă de serviciu.

10.1 Soluții și măsuri de diminuare a riscurilor

Studiind literatura de specialitate (Lazăr et Faur, 2015; Weihrauch, 2006; Lazăr, 2010; Apostu and Florea, 2018; DSCWM, 2016; Cheng et al., 2013), rezultatele analizelor de stabilitate efectuate și având în vedere riscurile geotehnice rezultate, se propun două direcții posibile de reducere a riscurilor:

– sporirea rezervei de stabilitate a taluzurilor definitive

– și/sau accelerarea procesului de inundare a golului remanent. Aceste propuneri vin cu o serie de soluții și măsuri eficiente.

10.1.1 Stabilizarea taluzurilor definitive

Printre cele mai comune lucrări de stabilizare a taluzurilor/versanților se numără lucrările de retaluzare și terasare, nivelare, compactare, cimentarea rocilor necoezive și împădurire.

Retaluzarea presupune reducerea unghiului de taluz prin lucrări care constau în dislocarea și transportul rocilor la partea superioară sau inferioară a taluzului, în funcție de metoda aleasă: retaluzarea de sus în jos (figura 10.1) sau retaluzarea de jos în sus (figura 10.2). Spre deosebire de retaluzarea de jos în sus, retaluzarea de sus în jos implică ocuparea unor suprafețe mai mari de teren, însă aceasta din urmă are avantajul unor costuri mai reduse.

Fig. 10.1 Procedeul de retaluzare de sus în jos (după Lazăr, 2010)

Fig. 10.2 Procedeul de retaluzare de jos în sus (după Lazăr, 2010)

La stabilirea înclinării taluzurilor trebuie să se țină seama de natura rocilor componente.

Terasarea se aplică în cazul taluzurilor/versanților cu înălțime mare sau care sunt predispuși la alunecare. Lucrările de retaluzare și terasare se efectuează cu ajutorul excavatoarelor sau buldozerelor.

Taluzurile treptelor I, III și IV ale carierei Peșteana Nord, respectiv taluzul treptei IV a haldei prezintă risc de alunecare ridicat în condițiile prezenței apei în pori. În aceste condiții, geometria treptelor de excavare și de haldă menționate nu este favorabilă și se recomandă efectuarea lucrărilor de retaluzare.

Treapta I a carierei se află la limita perimetrului funciar, ceea ce nu permite efectuarea retaluzării de sus în jos. În acest caz se recomandă retaluzarea de jos în sus, cu dislocarea unui volum de roci din treapta III a carierei și înmagazinarea acestuia în fața treptei I. La toate celelalte trepte ale carierei sau ale haldei se poate aplica oricare dintre cele 2 procedee.

Analizele de stabilitate au arătat că pentru condiții de umiditate naturală valorile coeficienților de stabilitate nu se încadrează în limitele recomandate, dar sunt supraunitare, ceea ce indică taluzuri stabile. Riscul mediu de alunecare în aceste condiții a rezultat ca urmare a vulnerabilității numeroaselor obiective antropice și naturale existente în zonă. Acesta poate fi redus tot prin aplicarea lucrărilor de retaluzare, dacă se consideră că este cazul și dacă beneficiile justifică cheltuielile.

După efectuarea lucrărilor de retaluzare sunt necesare lucrări de nivelare și compactare a bermelor și taluzurilor definitive.

Nivelarea se efectuează cu ajutorul buldozerelor, însă doar după stabilizarea taluzurilor definitive. Compactarea se recomandă în special pentru treptele de haldă, dar și pentru treptele carierei în cazul retaluzării.

Pentru treptele în cauză s-au refăcut analizele de stabilitate, reducând unghiul de taluz până când factorii de stabilitate s-au încadrat în limita recomandată (Fs = 1,25 – 1,5). S-a urmărit ca volumul de material dislocat și înmagazinat pe noua suprafață să nu determine reducerea sub limita admisă a rezervelor de stabilitate a celorlalte trepte. În figura 10.3 se prezintă rezultatul analizei de stabilitate și configurația treptei IV a haldei după retaluzare (cu o reducere a unghiului de taluz de la 26° la 20°).

Fig.10.3 Analiza de stabilitate a treptei IV a haldei după retaluzare

Analiza s-a efectuat în condițiile submersării treptelor inferioare și a ridicării nivelului apei în haldă. Coeficientul de stabilitate a crescut de la 1,150 la 1,318, valoare care se încadrează în limitele recomandate de literatura de specialitate (Rotunjanu, 2005; Fodor, 1980; ***, MMPG, 1974) și confirmate de experiența practică.

Pentru a reduce pe cât posibil riscul de lichefiere a materialului haldat, se recomandă aplicarea măsurilor de nivelare și compactare a bermelor și a suprafețelor taluzurilor. De asemenea, se recomandă fie haldarea selectivă în taluzurile definitive ale haldei a unui material permeabil cu granulometrie mare (Lazăr, 2010), fie planificarea depozitării în haldă a unui amestec echilibrat de roci argiloase, nisipoase și pietriș până la încetarea activității. Astfel, se evită apariția unor zone constituite exclusiv din roci nisipoase în taluzurile definitive ale haldei, zone care în contact cu apa pot favoriza manifestarea fenomenelor de lichefiere. O altă variantă constă în construirea unui zid de sprijin în fața haldei, însă această variantă este mai costisitoare.

În condițiile fenomenelor de lichefiere aflate în fază incipientă, se pot aplica metode de stabilizare dinamică prin vibrații (figura 10.4) sau prin împușcare. (Weihrauch, 2006)

În figura 10.5 se observă modul în care digul “ascuns” oferă stabilitate în cazul manifestării fenomenelor de lichefiere.

Fig. 10.4 Procedeul de stabilizare dinamică a haldei prin împușcare

Fig. 10.5 Rolul digului „ascuns” în cazul producerii fenomenului de lichefiere

Principalul avantaj constă în creșterea rezistenței rocilor haldate datorită compactării și reducerii porozității acestora în urma vibrațiilor. Astfel, în cazul producerii fenomenului de lichefiere digul “ascuns” asigură o limită până la care poate fi antrenat materialului steril.

În cazul rocilor necoezive, cum sunt nisipurile, care în condițiile inundării golului remanent favorizează manifestarea fenomenelor de sufoziune și lichefiere se recomandă efectuarea lucrărilor de cimentare a acestora utilizând un material cu rol de liant.

O nouă metodă de stabilizare prin cimentare cu precipitarea calcitului (CaCO3) indusă microbian (MICP) a fost testată pentru numeroase aplicații din domeniul geotehnic (figura 10.6). Rezultatele au confirmat potențialul acestei metode ca tehnică alternativă viabilă inclusiv pentru depozitele de nisip lichefiabile, stabilizarea pantelor și consolidarea suprafețelor. (Cheng et al., 2013)

Fig. 10.6 Cimentarea granulelor de nisip folosind ca liant calcitul (CaCO3)

Vegetația are efecte pozitive asupra stabilității taluzurilor, mai ales vegetația cu rădăcini pivotante, care ancorează solul vegetal, pământurile și rocile constituente. Mai mult, vegetația interceptează o parte din apa provenită din precipitații, reducând cantitatea de apă care se infiltrează în teren sau în haldă, dar și scurgerea superficială. De aceea, împădurirea se recomandă ca metodă de stabilizare a terenurilor.

Se recomandă împădurirea taluzurilor și platformelor aflate deasupra cotei 134 m, cotă până la care are loc ridicarea nivelului apei în lac. Odată cu fiecare deplasare pe teren, s-a observat că treptele carierei și haldei s-au revegetat în mod natural. În anul 2019, ca urmare a perioadelor ploioase, dar și a activității tot mai restrânse din carieră, vegetația constituită din salcâm, podbal, brusture etc. a acoperit în proporție semnificativă halda și treptele carierei (figura 10.7). Așadar, natura rocilor permite adaptarea rapidă și dezvoltarea vegetației, dar este necesară stabilirea speciilor care se adaptează ușor la condiții existente.

Fig. 10.7 Revegetarea spontană a treptelor haldei (stânga) și carierei (dreapta)

Studiile efectuate au arătat că în zona studiată, ținând cont și de natura rocilor întâlnite, sunt oportune speciile rezistente la temperaturi ridicate, la secetă, la terenuri nefertile etc. precum: salcâm, măceș, păducel, mojdrean.

10.1.2 Accelerarea procesului de inundare

Conform analizelor de stabilitate efectuate, s-a constatat faptul că submersarea taluzurilor definitive ale golului remanent determină sporirea rezervei de stabilitate a acestora. Presiunea apei care se manifestă pe taluz determină creșterea forțelor de rezistență, opunându-se alunecării, iar masa de apă din lac se comportă astfel ca un prism de reazem.

Având în vedere rezultatul evaluării riscului de sufoziune se impune aplicarea măsurilor necesare pentru împiedicarea manifestării acestui fenomen la scară mai mare. Pentru reducerea sau eliminarea riscului de sufoziune, pot fi aplicate concomitent următoarele două măsuri:

– controlul afluxului de apă care contribuie la inundarea golului remanent prin menținerea în funcțiune a unora dintre forajele de asecare existente;

– realizarea unor aducțiuni de apă în scopul accelerării procesului de inundare.

Controlul afluxului de apă este una dintre cele mai sigure măsuri care poate fi aplicată pentru reducerea riscului de sufoziune. Totuși, riscul de alunecare și de lichefiere reclamă o accelerare a creșterii nivelului apei din lac, măsură care are efecte pozitive și în cazul riscului de sufoziune.

Pe baza acestor observații, se impune accelerarea procesului de inundare prin realizarea aducțiunilor, astfel încât nivelul apei din lac să egaleze sau să depășească nivelul apei din haldă și din formațiunile acvifere, întrucât această măsură este favorabilă în

Pentru reducerea riscului de sufoziune la taluzurile treptelor III și IV ale carierei care sunt constituite din strate groase de nisip, se poate recurge, de asemenea, la accelerarea procesului de inundare a golului remanent. Această soluție contribuie și la reducerea riscurilor de alunecare a taluzurilor definitive și de lichefiere a materialului haldat.

În general, accelerarea procesului de inundare a golurilor remanente se realizează prin aducțiuni de apă din surse de apă superficiale sau prin utilizarea potențialului acviferelor arteziene.

În cazul golului remanent al carierei Peșteana Nord, materializarea acestei soluții este posibilă prin realizarea unui sistem de aducțiune a apei din râul Jiu, fiind singura sursă de apă permanentă din apropiere. La Rovinari, debitul râului Jiu este de 45,6 m3/s, iar cantitatea de apă care poate fi preluată poate fi stabilită doar de către Administrația Națională Apele Române.

Având în vedere înălțimea treptelor III și IV ale carierei, durata submersării acestora în condiții naturale (aflux de apă din precipitații, infiltrații din râul Jiu și din formațiunile acvifere) este de aproximativ 9 luni (vezi tabelul 4.8). Aplicarea soluțiilor propuse poate reduce semnificativ durata inundării și implicit riscurile geotehnice. În aceste condiții, inundarea completă a golului remanent se realizează în aproximativ 9 ani. (Apostu and Florea, 2018)

Lucrările de stabilizare a taluzurilor definitive și de accelerare a procesului de inundare în scopul reducerii riscurilor oferă o serie de beneficii precum recuperarea terenului degradat, posibilitatea utilizării lacului format în condiții de siguranță, reintegrarea terenului în peisaj și instalarea ecosistemelor terestre și acvatice într-un ritm mai rapid.

10.2 Reintegrarea funcțională a lacului în peisaj

Institutul de Cercetare Știițifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit a întocmit pentru cariera Peșteana Nord următoarele documentații:

Planul inițial de încetare a activității;

Planul de refacere a mediului;

Proiectul tehnic de refacere a mediului, sb. 810-519/2014. În momentul încetării activității de exploatare se întocmesc următoarele documentații:

Planul de încetare a activității;

Proiectul tehnic de închidere și ecologizare a obiectivului minier. (***, Legea minelor nr.85, 2003; ***, HG nr.1208, 2003; ***, Ordinul MIR nr.273, 2001; ***, Ordin comun MMDD/ MEF nr. 1687, 2007)

Conform Raportului la studiu de impact asupra mediului (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2012), lucrările miniere de închidere și ecologizare se realizează în două etape: în etapa de producție și în etapa post-închidere.

în etapa de producție – se realizează paralel cu lucrările de exploatare și constau în recuperarea și ecologizarea progresivă a terenurilor afectate (figura 10.8);

Fig. 10.8 Reabilitarea terenului concomitent cu exploatarea (Apostu et al., Revista minelor, 2017)

în etapa post-închidere – sunt prevăzute următoarele lucrări: recuperarea materialelor, utilajelor și instalațiilor, demontarea instalațiilor electrice și a instalațiilor de evacuare a apelor din jompuri, dezafectarea construcțiilor, dacă este cazul etc. și se propune valorificarea acestora dacă starea tehnică permite. Se continuă apoi cu lucrări de recuperare și ecologizare a terenurilor afectate de activitatea minieră.

Conform Proiectului Tehnic (***, Proiect tehnic,2014 – acesta fiind cel mai recent), s-au propus lucrări de amenajare și de depunere a solului vegetal și utilizarea terenurilor pentru culturi silvice, agricole și fânețe (tabelul 10.1) pe platformele și taluzurile superioare treptei IV a haldei interioare și pe partea superioară a treptei I a carierei (de la cota 135 m). Până la cota 135 m golul remanent al carierei se va inunda în mod natural cu apă provenită din precipitații și din formațiunile acvifere.

Tab. 10.1 Lucrări de ecologizare propuse în perimetrul Peșteana Nord

Conform proiectelor existente, lucrările de recuperare și ecologizare vor fi corelate cu lucrările de exploatare și de închidere. Astfel, se asigură reducerea impactului asupra mediului și refacerea terenurilor degradate într-o perioadă de timp mai scurtă.

În cadrul prezentei lucrări, nivelul apei din lac a fost stabilit la cota 134 m, chiar dacă potrivit studiilor I.C.S.I.T.P.M.L. condițiile locale permit refacerea nivelului hidrostatic până la cota 135 m. Această alegere s-a făcut cu scopul de a alimenta râul Jiu prin executarea unei guri de deversare în zona fostei albii a râului și a unui canal de drenaj care să preia surplusul de apă din lac și să îl deverseze în râul Jiu (Anexa 9). (Apostu and Florea, 2018)

Măsura propusă, privind execuția unei guri de deversare a apei din lac în râul Jiu prin intermediul canalului colector existent, Valea Plopului, asigură o serie de beneficii:

– având în vedere alimentarea continuă a râului Jiu cu apă provenită din lacul format, o parte din apa râului Jiu poate fi captată și utilizată la irigarea terenurilor agricole aflate pe teritoriile administrative ale localităților din aval, fără a avea efecte negative asupra apei, din punct de vedere cantitativ;

– având în vedere caracterul permanent al acviferelor de adâncime, acestea vor continua să alimenteze lacul, deci în timp ce debitele cursurilor de suprafață și a stratelor freatice se reduc considerabil în perioadele secetoase, acestea vor putea fi alimentate cu apa provenită din lac;

– conform buletinelor de analiză apa evacuată din perimetrul minier Peșteana Nord corespunde standardelor în vigoare, astfel că apa din lac va contribui la îmbunătățirea sistematică a apei din râul Jiu și din punct de vedere calitativ, ceea ce va avea efecte pozitive asupra sănătății, iar cheltuielile privind tratarea apei în vederea potabilizării se reduc considerabil;

– refacerea resurselor acvifere are avantaje deosebite asupra dezvoltării și menținerii vegetației nou instalate pe terenul afectat în trecut, a culturilor agricole, pomicole etc. (Apostu and Florea, 2018)

CONCLUZII, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI PROPUNERI FINALE

CONCLUZII

Bazinul minier Rovinari face parte din bazinul carbonifer Oltenia care deține cea mai mare parte a rezervelor sigure de lignit ale țării (peste 95%). Exploatarea lignitului în Oltenia s-a realizat atât prin lucrări miniere subterane, cât și la zi.

În Bazinul minier Rovinari au fost puse în exploatare 12 cariere din care 7 mai sunt operaționale, fiind grupate în 5 unități miniere de carieră (U.M.C.): U.M.C. Rovinari, U.M.C. Tismana, U.M.C. Pinoasa, U.M.C. Roșia și U.M.C. Peșteana Nord. Celelalte 5 cariere au fost închise ca urmare a epuizării rezervelor sau a condițiilor tehnico-economice nefavorabile (rapoarte de descoperă foarte mari, până la 20:1).

Golurile remanente ale carierelor care și-au încetat activitatea au fost reutilizate în diferite scopuri sau au fost reintegrate în peisaj în mod natural. Golurile remanente ale carierelor Beterega și Cicani și o porțiune din halda aferentă carierei Gârla sunt utilizate ca depozit pentru zgura și cenușa provenite de la termocentrala Rovinari. Partea estică a fostei cariere Beterega este redată în circuitul silvic, iar partea estică a fostei cariere Cicani este redată în circuitul productiv ca livadă de pomi fructiferi. Suprafața perimetrului minier a fostei cariere Balta Unchiașului s-a reintegrat în peisaj în mod natural, iar golurile remanente ale carierelor Urdari și Peșteana Sud s-au inundat în mod natural.

Metoda de exploatarea la zi prezintă o serie de avantaje cum sunt: creșterea productivității, mecanizarea procesului de excavare, transport și depozitare, posibilitatea exploatării selective și valorificării altor substanțe utile, condiții optime de lucru și siguranță la locul de muncă etc. Principalul dezavantaj al exploatărilor la zi constă în impactul acestora asupra mediului: ocuparea unor suprafețe mari de teren și distrugerea integrală a peisajului și a cadenței naturale, modificarea morfologiei terenului, zgomot, vibrații, emisii de praf și gaze, modificarea microclimatului, devierea cursurilor de apă și afectarea rezervelor de apă subterană, strămutarea populației, pierderea funcțiunii anterioare. (Apostu and Simion, 2018)

Exploatarea la zi generează goluri de dimensiuni variate, unele impresionante ca mărime; așa-numitele goluri remanente ale fostelor cariere pot fi reutilizate în diferite direcții, dar este importantă alegerea tipului oportun de reutilizare astfel încât acesta să aducă beneficii pe termen lung asupra mediului, economiei și societății, contribuind la dezvoltarea durabilă a regiunii. Dintre direcțiile de recuperare a golurilor remanente, cele mai des întâlnite sunt recuperările sub formă de lac de carieră care pot urma direcții precum: naturalistice, ecologice, de recreere și agrement, bazine de acumulare apă pentru irigații etc.

Condițiile naturale (climatice, hidrologice și hidrogeologice) specifice unei regiuni contribuie mai mult sau mai puțin la inundarea unui gol remanent și la restaurarea ecosistemului.

Metodologia de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente s-a elaborat în vederea evidențierii golurilor remanente care se pretează la inundare. În acest scop s-a stabilit o serie de criterii care permite evaluarea complexă a oportunității de inundare, ținând cont de diferitele condiții existente în regiunea analizată (morfologia, geomorfologia și orografia amplasamentului, configurația golului remanent, necesitatea refacerii resurselor acvifere, necesitatea apariției în zonă a unei oglinzi de apă, hidrologia și hidrogeologia regiunii, condiții de stabilitate ale taluzurilor definitive ale golului remanent, accesibilitate și distanță față de zonele de intere, investiții pentru recuperarea și reabilitarea golului remanent și exigențele populației).

Metodologia de evaluare a oportunității de inundare a fost aplicată și verificată pentru cazul golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari. Conform acestei evaluări a rezultat faptul că golurile remanente din Bazinul Minier Rovinari prezintă următoarele oportunități de inundare: oportunitate majoră – pentru perimetrul minier Peșteana Nord, oportunitate medie – pentru perimetrele miniere Roșia de Jiu, Rovinari, Tismana și oportunitate redusă – pentru perimetrul minier Pinoasa.

Având în vedere rezultatele evaluării oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari, dar și perioada de activitate a carierelor, s-a ales efectuarea unui studiu geotehnic privind riscurile geotehnice în condițiile inundării golului remanent al carierei Peșteana Nord.

La taluzurile de lucru sau definitive ale unei cariere pot să apară fenomene geotehnice negative, de tipul alunecărilor de teren. Acestea se produc ca urmare a interacțiunii mai multor factori și cauze, de origine antropică sau naturală. Ca urmare a lucrărilor de excavare și a influenței diferiților factori externi (suprasarcini, influența apei, vibrații etc.), apar o serie de modificări ale caracteristicilor geotehnice care determină scăderea rezervei de stabilitate a taluzurilor.

Cunoașterea caracteristicilor geologice și hidrogeologice ale amplasamentului și a caracteristicilor geotehnice ale rocilor asigură proiectarea și dimensionarea corespunzătoare a taluzurilor definitive. Etapa de proiectare permite stabilirea elementelor geometrice ale taluzurilor de lucru și definitive și oferă posibilitatea alegerii valorilor optime din punct de vedere tehnic, economic și al securității și siguranței, care au un rol esențial în vederea diminuării sau chiar a eliminării posibilelor riscurilor geotehnice.

Întrucât, la evaluarea condițiilor de stabilitate a taluzurilor in-situ și de haldă a carierei Peșteana Nord, s-au luat în considerare analize și studii efectuate în anii anteriori, se vor realiza noi studii de stabilitate în vederea evaluării rezervei de stabilitate și a riscului geotehnic. Așadar, analizele de stabilitate în diferite condiții și stadii de inundare a golului remanent al carierei Peșteana Nord, fac obiectul următorului raport de cercetare.

Recomandările în vigoare sunt ca evaluarea stabilității taluzurilor din perimetrele miniere să se facă periodic, odată la 5 ani. Ultimele studii geotehnice pentru cariera Peșteana Nord au fost efectuate în anul 2015. Pentru rezolvarea problematicii tezei au fost prelevate o serie de probe din perimetrul Peșteana Nord. Ca urmare, în anul 2018, au fost prelevate 10 probe de material steril și 4 probe din treptele carierei Peșteana Nord și s-au efectuat încercări în laboratoarele de Mecanica Pământurilor, Mecanica Rocilor și Geotehnică 2 din cadrul Facultății de Mine a Universității din Petroșani, în vederea determinării valorilor caracteristicilor geotehnice.

Prelevarea probelor nu s-a făcut pe baza unei rețele de probare întrucât valorile obținute au fost utilizate la completarea unor șiruri de date existente și preluate din studiile efectuate de către specialiști în domeniu, pe perioada a peste 4 decenii. La rândul lor, șirurile de date au fost supuse unor prelucrări.

Conform profilului geologic fundamentul haldei, pe o adâncime de câțiva zeci de metri, este constituit din marne, argile, nisipuri, “filme” de lignit și din stratul IV de lignit. Pe baza unei aproximări vizuale se poate afirma faptul că halda intră în contact direct cu strate de roci nisipoase pe cca. 20-25 % din suprafața fundamentului, prin intermediul unor “ferestre”.

Având în vedere condițiile hidrogeologice grele și foarte grele din perimetru și faptul că nisipurile sunt roci acvifere, contactul acestora cu halda poate ridica unele probleme odată cu refacerea resurselor de apă subterană, acesta fiind unul dintre motivele care reclamă efectuarea cercetărilor privind riscurile geotehnice.

Prelucrarea valorilor caracteristicilor geotehnice s-a efectuat în scopul obținerii unor valori reprezentative, care să caracterizeze stratele de roci din treptele in-situ, în funcție de natura acestora, respectiv întreaga haldă ca un amestec de roci.

În cazul rocilor in-situ s-au calculat valorile medii ale caracteristicilor geotehnice, în funcție de natura rocilor (marnoase, argiloase, nisipoase, bolovănișuri și pietrișuri, roci cărbunoase).

În cazul rocilor haldate, considerate un amestec de roci marnoase, argiloase, nisipoase, bolovănișuri și pietrișuri și sol vegetal (acesta nefiind extras separat) s-a efectuat o prelucrare statistico-matematică pe baza căreia s-au calculat valorile minime, medii, maxime și abaterea medie pătratică (σ).

Stratele de roci sterile din perimetrul Peșteana Nord sunt constitute în principal dintr-o succesiune de roci argiloase (28,36%), marnoase (12,72%) și nisipoase (47,91%), la care se adaugă pietrișurile și bolovănișurile din terasă (9,82%) și solul vegetal (1,19%).

Ca urmare a efectuării acestor prelucrări s-au obținut seturi de valori care au fost utilizate în analizele de stabilitate.

Pentru rocile in-situ s-au luat în considerare valorile medii ale caracteristicilor geotehnice, în funcție de natura rocilor, în timp ce pentru rocile haldate s-au luat în considerare valorile medii ponderate ale caracteristicilor geotehnice și s-au formulat 3 ipoteze. Cele 3 ipoteze iau în considerare la definirea materialului haldat valori medii-σ, medii, respectiv medii+σ ale caracteristicilor geotehnice. Nu s-au luat în considerare valorile minime și maxime întrucât acestea redau extremele, fiind cazuri foarte rare. Pe baza acestora s-au efectuat analizele de stabilitate, care au permis interpretarea rezultatelor din 3 puncte de vedere diferite, în condiții nefavorabile, favorabile și foarte favorabile. Având în vedere cele 3 ipoteze luate în calculul stabilității taluzurilor definitive ale haldei interioare, s-a apreciat faptul că setul de valori medii oferă indicații cât mai apropiate de realitate.

Analizele de stabilitate s-au efectuat cu ajutorul soft-ului specializat în geotehnică Slide. Studiile anterioare și observațiile actuale au arătat că cele mai probabile suprafețe de alunecare sunt cele curbe și poligonale, fapt pentru care analizele de stabilitate s-au efectuat în baza acestor ipoteze. Metodele de analiză aplicate au fost Fellenius, Jambu și Bishop. În majoritatea cazurilor, prin metoda lui Jambu s-au obținut valori minime ale factorului de stabilitate.

Analizele de stabilitate s-au efectuat pe treaptele individuale și pe tot ansamblul de trepte, atât ale carierei, cât și ale haldei, după suprafețe curbe de alunecare. În cazul sistemului de trepte I-II ale haldei, analizele de stabilitate s-au efectuat și după suprafețe cu contur poligonal (suprafața de contact haldă-fundament) având în vedere faptul că fundamentul înclină către treptele carierei.

Evaluarea stabilității treptelor individuale și a ansamblului de trepte s-a efectuat în acord cu recomandările existente în literatura de specialitate. Acestea stabilesc pentru treptele individuale un interval care cuprinde valoarea optimă a factorului de stabilitate, respectiv Fs = 1,25 ÷ 1,5, iar pentru ansamblul de trepte s-a stabilit o limită care indică valoarea minimă a factorului de stabilitate, Fs > 3.

Conform analizelor de stabilitate, s-a constatat că, în condiții de drenare naturală, valorile coeficienților de stabilitate pentru treapta I a carierei și treptele II și IV ale haldei (pentru ipoteza nefavorabilă) nu se încadrează în intervalul recomandat, însă indică o rezervă de stabilitate de 10-20%.

Luând în considerare influența apei în roci rezervele de stabilitate s-au redus considerabil. În aceste condiții, valorile coeficienților de stabilitate pentru taluzurile III și IV ale carierei indică taluzuri instabile. Valorile coeficienților de stabilitate pentru treptele II și IV ale haldei nu se încadrează în limitele recomandate, însă acestea sunt supraunitare indicând o rezervă de stabilitate de 10-20% chiar și sub influența apei.

Saturarea rocilor conduce la o scădere considerabilă a factorului de stabilitate de 10 până la 42% în cazul taluzurilor definitive ale carierei și de 10 până la 30% în cazul taluzurilor definitive ale haldei, ceea ce poate favoriza apariția fenomenelor geotehnice negative.

În ceea ce privește stabilitatea treptelor submersate, s-a constatat că nu există probleme de echilibru în niciuna dintre situații. Se observă o creștere semnificativă a rezervei de stabilitate, de aceea atunci când există risc de alunecare, se recomandă aplicarea metodelor artificiale de inundare pentru ridicarea nivelului hidrostatic într-un timp cât mai scurt. Apa din lac manifestă o presiune hidrostatică asupra taluzurilor, astfel că determină creșterea rezervei de stabilitate. S-au înregistrat creșteri ale rezervelor de stabilitate de 16 până la 43% în cazul treptelor carierei și de 17 până la 35% în cazul treptelor haldei, față de condițiile naturale.

În condițiile inundării golurilor remanente intervine influența apei, care reprezintă principala cauză a pierderii stabilității și a manifestării fenomenelor geotehnice negative. Prezența apei în roci determină înrăutățirea caracteristicilor de rezistență ale acestora.

Având în vedere amplasarea perimetrului minier în zona de luncă a râului Jiu, condițiile hidrogeologice grele și foarte grele din perimetru, principalele riscuri care pot să apară în condițiile inundării golului remanent sunt:

riscul de lichefiere a materialului haldat;

riscul de sufoziune la taluzurile in-situ;

riscul de alunecare a taluzurilor definitive ale golului remanent;

alte riscuri: eroziune, tasare anormală etc.

Haldele sunt formate din roci afânate, aflate la prima saturare și prezintă un risc semnificativ de alunecare prin curgere, ca urmare a lichefierii materialului haldat. Lichefierea are loc în cazul rocilor nisipoase, atunci când granulele componente sunt înconjurate de o peliculă de apă și în condițiile manifestării apei în pori. Astfel, materialul intră în curgere comportându-se ca un lichid.

Afluxul de apă subterană care traversează taluzurile in-situ poate antrena particulele fine creând goluri care pot favoriza apariția fenomenului de sufoziune, ca urmare a manifestării presiunii hidrodinamice.

Fenomenele de alunecare a taluzurilor definitive în prezența apei apar ca urmare a modificării stării de echilibru din masiv/depozit.

Fenomenele de eroziune pluvială favorizează formarea suprafețelor de alunecare, iar tasările anormale apărute ca urmare a drenării naturale a acviferelor pot determina distrugeri importante la nivelul obiectivelor din zona de influență.

Alunecările de teren, procesele de sufoziune și de lichefiere sunt fenomene complexe, fiind rezultatul unor serii de evenimente de tip cauză – efect. În vederea reducerii sau chiar a eliminării posibilelor riscuri de natură geotehnică se impune urmărirea în timp și sub diferite influențe (precum: prezența apelor subterane sau superficiale, taluzuri submersate, factorul seismic, vibrațiile, exploziile, supraîncărcări etc.) a comportării taluzurilor de lucru sau a taluzurilor definitive ale carierei.

Conform studiilor efectuate privind evaluarea riscurilor geotehnice în condițiile inundării golurilor remanente ale carierei Peșteana Nord s-a constatat că există următoarele riscuri:

risc mediu de lichefiere a materialului haldat în halda interioară;

risc mediu de apariție a fenomenelor de sufoziune la treptele III și IV ale carierei;

risc mediu de alunecare a taluzurilor treptelor II, III și IV ale carierei și a taluzurilor treptelor haldei interioare în condiții de drenare naturală;

risc ridicat de alunecare a taluzurilor treptelor I, III și IV ale carierei în condițiile refacerii resurselor acvifere și a manifestării presiunii apei în pori;

risc ridicat de alunecare a taluzului treptei IV a haldei în condițiile submersării complete a treptei inferioare, a ridicării nivelului apei în haldă și a manifestării presiunii apei în pori.

În perimetrul Peșteana Nord nu s-au înregistrat sau observat fenomene de lichefiere. Totuși, fracțiunea nisipoasă existentă în haldă, de aproape 50%, a impus evaluarea riscului de lichefiere. Conform rezultatului obținut, lichefierea sau nu a materialului haldat sunt la fel de probabile.

Fenomenele de sufoziune înregistrate în perimetru de-a lungul timpului s-au manifestat la partea superioară a treptei IV și la partea inferioară a treptei III și nu au pus în pericol stabilitatea treptelor individuale sau a ansamblului de trepte ale carierei. Rezultatul obținut confirmă faptul că riscul de sufoziune există, dar nu se pune problema unor fenomene de sufoziune de mare amploare.

Riscul ridicat de alunecare estimat pentru treptele I, III și IV ale carierei se explică prin prezența stratelor acvifere (pietrișuri și nisipuri) cu grosimi mari. Ca urmare, rezistența de ansamblu a treptelor se înrăutățește. În ceea ce privește treapta IV a haldei există un risc real de alunecare odată cu inundarea treptelor inferioare întrucât nivelul apei în haldă crește treptat înainte de a fi egalat de nivelul apei din lac. Astfel se înrăutățesc caracteristicile de rezistență, iar geometria treptei nu este favorabilă în aceste condiții.

Fenomene de eroziune pot să apară la taluzurile definitive ca urmare a scurgerilor superficiale a apei. În cazul lacurilor, se poate produce eroziunea malurilor (taluzurilor definitive ale golului remanent) sub acțiunea valurilor.

Nu s-au înregistrat fenomene de tasare anormală, ținând cont de funcționarea sistemelor de asecare, care ar fi putut influența apariția acestor tipuri de fenomene geotehnice astfel că s-a considerat că după oprirea sistemelor de asecare și inundarea golului remanent riscul tasării anormale este aproape nul.

Pentru reducerea riscurilor geotehnice se recomandă aplicarea soluțiilor corespunzătoare de stabilizare a taluzurilor definitive (retaluzare, nivelare, compactare, cimentarea rocilor necoezive, îmădurire) și lucrări de accelerare a procesului de inundare pentru ridicarea mai rapidă a nivelului apei în golul remanent întrucât apa va manifesta o presiune hidrostatică pe taluzuri și va aționa în sensul creșterii rezervei de stabilitate.

CONTRIBUȚII PERSONALE

Cercetări și observații în perimetrele miniere din Bazinul minier Rovinari.

Colectarea datelor necesare în vederea elaborării tezei de doctorat:

– documentări Complexul Energetic Oltenia:

– vizită de studiu la sediul Unității Miniere de Carieră Peșteana Nord;

– vizită de studiu la sediul Unității Miniere de Carieră Roșia;

– vizită de studiu la Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit, Craiova.

Stabilirea criteriilor de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor, descrierea criteriilor și stabilirea scalei de evaluare.

Elaborarea matricei finale de evaluare a oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor (matrice cu 2 intrări: criteriile de evaluare și scala de evaluare).

Stabilirea metodei de calcul a punctajului final (punctajul final se calculează ca medie aritmetică a punctajelor obținute în funcție de fiecare criteriu de analiză stabilit) și a scalei finale de evaluare a oportunității de inundare (0 ÷ 0,99 – inoportun; 1 ÷ 1,99 – oportunitate redusă; 2 ÷ 2,49 – oportunitate medie; 2,5 ÷ 3 – oportunitate majoră).

Evaluarea oportunității de inundare a golurilor remanente ale carierelor din Bazinul Minier Rovinari (Rovinari, Tismana, Pinoasa, Roșia de Jiu și Peșteana Nord). Stabilirea oportunității de inundare și a golului remanent/golurilor remanente care se pretează la inundare. Stabilirea golului remanent care face obiectul studiului de caz.

Prelevarea probelor (4 probe din taluzurile in-situ și 10 probe de material steril).

Efectuarea încercărilor în laboratoarele de Mecanica Pământurilor, Mecanica Rocilor și Geotehnică 2 din cadrul Facultății de Mine de la Universitatea din Petroșani, în perioada 15.05.2018 – 30.11.2018, în vederea determinării caracteristicilor geotehnice ale rocilor aflate în stare naturală și saturată:

– analiza granulometrică prin cernere și/sau sedimentare;

– determinarea umidității naturale;

– determinarea greutății volumetrice/specifice aparente prin metoda ștanței sau metoda parafinării;

– determinarea greutății specifice absolute prin metoda picnometrului;

– calculul porozității, cifrei porilor;

– calculul umidității la saturație și a coeficientului de saturație;

– determinarea limitelor de curgere și de frământare;

– calculul indicilor de plasticitate, de consistență și de consistență la saturație;

– determinarea compresibilității în edometru;

– calculul tasării specifice, a modulului de deformare și a coeficientului de compresibilitate volumică;

– determinarea rezistenței la forfecare directă pentru roci la umiditate naturală;

– determinarea coeziunii și a unghiului de frecare interioară.

Determinările s-au efectuat respectând standardele în vigoare.

Realizarea unor coloane stratigrafice pentru evidențiarea stratificațiilor;

Stabilirea participației procentuale a rocilor în haldă în funcție de natura acestora

Prelucrarea valorilor caracteristicilor geotehnice (greutate volumetrică, coeziune, unghi de frecare interioară) în vederea obținerii unor valori reprezentative;

Centralizarea datelor preluate de la institutele enumerate, din literatura de specialitate și a datelor obținute în urma efectuării determinărilor în laborator, într-un fișier Excel 2010;

Prelucrarea valorilor caracteristicilor geotehnice (greutate volumetrică, coeziune, unghi de frecare interioară) în vederea obținerii unor valori reprezentative:

Calculul valorilor medii ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor in-situ, în funcție de natura acestora;

Calculul valorilor medii ponderate ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor din halda interioară a perimetrului minier Peșteana Nord ținând cont de ponderea cu care acestea se regăsesc în haldă;

Stabilirea a 3 ipoteze (de la situația cea mai nefavorabilă până la cea foarte favorabilă) și a seturilor de valori ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor haldate utilizate în analizele de stabilitate.

Evaluarea stabilității taluzurilor definitive ale golului remanent:

– pe treptele individuale I, II, III și IV și pe întreg ansamblul de trepte I-IV ale carierei, respectiv ale haldei după suprafețe curbe de alunecare (determinarea factorului de stabilitatea pentru suprafețele critice);

– după suprafețe poligonale de alunecare pentru cazul sistemului de trepte I-II al haldei amplasat pe un fundament înclinat către treptele carierei.

Prezentarea și interpretarea rezultatelor analizelor de stabilitate.

Identificarea factorilor și cauzelor apariției fenomenelor geotehnice negative

Evidențierea efectelor fenomenelor geotehnice (înainte, pe durata și după inundarea golului remanent) aplicând metoda rețelelor

Studierea și stabilirea unor metode de determinare a vulnerabilității și probabilității de apariție a fenomenelor geotehnice negative

Evaluarea vulnerabilității la alunecare a taluzurilor definitive ale golurilor remanente.

Evaluarea riscurilor de lichefiere a materialului haldat, de sufoziune la taluzurile in-situ și de alunecare a taluzurilor definitive ale golului remanent al carierei Peșteana Nord.

Formularea unor propuneri și recomandări în baza rezultatelor obținute privind soluții și măsuri de reducere a riscurilor și de reintegrale funcțională a lacului în peisaj.

PROPUNERI FINALE

Dezvoltarea criteriilor de evaluare a oportunității de inundare (acestea pot să difere în funcție de aspectele caracteristice golurilor remanente analizate) și/sau adaptarea/corelarea condițiilor existente astfel încât să fie posibilă evaluarea corespunzătoare conform metodologiei elaborate.

Având în vedere amplasarea în regiune, condițiile climatice, specificul de activitate al regiunii ș.a. se recomandă recuperarea perimetrului minier Peșteana Nord sub forma unui lac de carieră și reutilizarea acestuia fie ca rezervor de apă destinat irigării culturilor agricole, fie ca lac destinat recreerii și activităților de agrement.

Având în vedere efectele dezastruase ale fenomenelor geotehnice, în special în condițiile în care este prevăzută inundarea unui gol remanent, se impune stabilirea și aplicarea măsurilor descrise în vederea îmbunătățirii caracteristicilor rocilor și a sporirii gradului de stabilitate a taluzurilor definitive ale golului remanent.

BIBLIOGRAFIE

Almășan, B., Exploatarea zăcămintelor minerale din România vol.I, Editura Tehnică, București, 1984.

Apostu (Nyari), I.M., Lazar, M., Faur F., Visual analysis of deformations from the quarry and inner dump steps from North Pesteana mining perimeter, Annals of the University of Petroșani, Mining Engineering, Vol. 19, pp. 115-121, Universitas Publishing House, ISSN 1454-9174, Petroșani, România, 2018.

Apostu (Nyari), I.M., Lazar, M., Faur, F., Implementation of sustainable practices in the lignite open pit Roșia de Jiu, Mining Revue, Published by University of Petroșani. ISSN-L 1220-2053/ISSN 2247-8590, pp. 29. Vol. 23, Nr. 1, 2017. http://www.upet.ro/revistaminelor/arhiva/rmpdf2017/nr1ro.html

Apostu (Nyari), I.M., Lazar, M., Flooding of the remaining gap of North Peșteana quarry in order to create a water reservoir for irrigations, Research Journal of Agricultural Science, Vol. 49, Nr. 4, pp 9-19, ISSN 2066-1843, 2017. https://www.rjas.ro/volume_detail/43

Apostu, I. M., Faur, F., Identification and analysis of geotechnical risks in the conditions of flooding of the remaining gaps, 9th International Conference on Manufacturing Science and Education 2019, Sibiu, România, 2019.

Apostu, I. M., Faur, F., Stability assessment of the final slopes of the North Pesteana quarry in the context of long term safety of objectives in the influence areas, Research Journal of Agricultural Science, Vol. 50, Nr. 4, pp 17-27, ISSN 2066-1843, 2018. https://www.rjas.ro/issue_detail/47

Apostu, I. M., Florea, A., Artificial lakes in former lignite open-pits and their utility in agriculture and economy, Research Journal of Agricultural Science, Vol. 50, Nr. 4, pp 28-39, ISSN 2066-1843, 2018. https://www.rjas.ro/issue_detail/47

Apostu, I. M., Lazar, M., Condiții de stabilitate necesare pentru taluzurile definitive înaintea inundării golurilor remanente. Studiu de caz: Bazinul Minier Rovinari, Programul lucrărilor celui de-al XVI-lea Simpozion Național Studențesc “Geoecologia”, ISSN 1842-4430, Petroșani, 2018.

Apostu, I. M., Lazar, M., Faur, F., Analysis of liquefaction risk of sterile material in the inner dump of North Pesteana quarry in the conditions of flooding of the remaining gap, SESAM, Petroșani, 2019. (în curs de publicare)

Apostu, I. M., Lazar, M., Faur, F., Methodology for assessing the opportunities of flooding of the remaining gaps of lignite open-pits, 17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2017, Conference Proceedings, Ecology, Economics, Education and Legislation, Ecology and Environmental Protection, Volume 17, Issue 52, pp. 635-642, ISBN 978-619-7408-09-6 / ISSN 1314-2704. DOI: 10.5593/sgem2017/52/S20.081, 2017. https://sgemworld.at/sgemlib/spip.php?article10557&lang=en

Apostu, I. M., Lazar, M., Faur, F., Researches regarding the population exigencies in the conditions of recovery and reuse of the remaining gaps of the quarries, Mining Revue, An International Journal of Mining and Environmental, Vol. 24, No. 4, ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590, Published by University of Petrosani, Petroșani, 2018.

Apostu, I. M., Lazar, M., Inundarea golurilor remanente ale fostelor cariere de lignit – între riscuri și beneficii, Programul lucrărilor celui de-al XVII-lea Simpozion Național Studențesc “Geoecologia”, ISSN 1842-4430, Petroșani, 2019.

Apostu, I. M., Lazar, M., Possibilities of flooding of the remaining gaps of the quarries from the Rovinari Mining Basin, Scientific Reports on Resource Issues 2018, Publisher Medienzentrum der TU Bergakademie Freiberg, ISSN: 2190-555X, Freiberg, 2018.

Apostu, I. M., Lazar, M., Researches on geotechnical characteristics of the rocks from the final slopes of the remaining gaps. Case study: The remaining gap of North Pesteana quarry, 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019, Bulgaria, 2019. (în curs de publicare)

Apostu, I. M., Lazar, M., The importance of hydrographical, hydrological and hydrogeological conditions in the context of flooding of the remaining gaps, 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2018, www.sgem.org, Conference Proceedings, Ecology, Economics, Education and Legislation, Ecology and Environmental Protection, Volume 18, Issue 5.1, pp.933-940, ISBN 978-619-7408-46-1 / ISSN 1314-2704. DOI: 10.5593/sgem2018/5.1, 2018.

Apostu, I. M., Simion, A., Identification of the impact generated by the open-pit mining exploitations on the land – Case study: Rovinari Mining Basin, 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2018, www.sgem.org, Conference Proceedings, Ecology, Economics, Education and Legislation, Ecology and Environmental Protection, Volume 18, Issue 5.1, pp. 463-470, ISBN 978-619-7408-46-1 / ISSN 1314-2704. DOI: 10.5593/sgem2018/5.1, 2018.

Armaș, I., Earthquake Risk Perception in Bucharest, Romania, Risk Analysis, Vol. 26, No. 5, DOI: 10.1111/j.1539-6924.2006.00810.x, 2006.

Băncilă, I., Florea, N.M., Fotă, D., Lazăr, F.L., Mocanu, Gh., Georgescu, M., Moldoveanu, T., Munteanu, A., Privighetoriță, C-tin., Văduva, C., Zamfirescu, F., Geologie inginerească, Vol. I, Ed. Tehnică, București, 1979.

Bishop, A. W., The use of the slip circle in the stability analysis of slopes, Géotechnique, volume 5, issue 1, 7-17 pp, 1955.

Brand, E.W., Predicting and performance of residual soils slopes, Proceedings International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, San Francisco, California, 1985.

Cheng, L., Cord-Ruwisch, R., Shahin, M. A., Cementation of sand soil by microbially induced calcite precipitation at various degrees of saturation, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 50, No. 1 : pp. 81-90, 2013. https://doi.org/10.1139/cgj-2012-0023

Chowdhury, R., Flentje, P., Bhattacharya, G., Geotehnical slope analysis, Published by CRC Press/Balkema, Netherlands, ISBN 978-0-203-86420-3 (online), 2010.

Derek, H.C., Landslides in practice: investigation, analysis, and remedial/Preventative options in soils, John Wiley&Sons, Inc., 2005.

Florea, M., Alunecări de teren și taluze, Ed. Tehnică București, 1979.

Fodor D., Predoiu I., Dezvoltarea exploatării zăcămintelor de lignit din Oltenia prin inovare și modernizarea tehnologiilor de lucru, Zilele Academiei de Științe Tehnice din România, Ediția a 10-a, Galați, 2015.

Fodor, D., Exploatarea în cariere a zăcămintelor de substanță minerală utilă și roci utile, vol. I și II, Editura Corvin Deva, 2008.

Fodor, D., Exploatarea zăcămintelor de minerale și roci utile prin lucrări la zi, Volumele 1 și 2, Ed. Tehnică, București, 1995,1996.

Fodor, D., Exploatări miniere la zi, Editura Didactică și Pedagogică, București 1980.

Fodor, D., Influența industriei miniere asupra mediului, Buletinul Agir, nr. 3, 2006.

Fodor, D., Rotunjanu, I., Cercetări privind proprietățile fizico-mecanice ale rocilor și substanțelor minerale utile din Bazinul Rovinari – Cariera Gârla, 1973.

Fodor, D., Vulpe, I., Lazăr, M., Reabilitarea tehnică și tehnologică a carierelor de lignit, Editura Infomin, Deva, 2003.

Gheorghe Ghiță, S.C. Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit S.A. Craiova, Actualizare documentații tehnice de asecare a orizonturilor acvifere și detensionarea artezianului la cariera Peșteana Nord, C.E.O. Sucursala Divizia Minieră Tg. Jiu, U.M.C. Peșteana, Craiova, 2013.

Herman, M.W., Hayes, G.P., Smoczyk, G.M., Turner, R., Turner, B., Jenkins, J., Davies, S., Parker, A., Sinclair, A., Benz, H.M., Furlong, K.P., Villaseñor, A., Seismicity of the Earth 1900–2013, Mediterranean Sea and vicinity: U.S. Geological Survey Open-File Report 2010–1083-Q, scale 1:10.000.000, ISSN: 2331-1258 (online), 2015. http://dx,doi,org/10,3133/ofr20101083Q

Hirian, C., Arad, V., Todorescu, A., Gaiducov, V., Mecanica rocilor, Litografia Institutului de Mine, Petroșani, 1981.

Huidu E., Exploatarea prin lucrări miniere la zi a zăcămintelor de cărbuni, Vol. 1 și 2, ISBN 978-606-516-502-1, Ed. Măiastra, Târgu-Jiu, 2012.

Huidu, E., Monografia mineritului în Oltenia, Editura Fundației „Constantin Brancuși”, Tg-Jiu, 2000.

Ilie, M., Onescu, A. C., Studiu geotehnic pentru zona colinară pe direcția de înaintare a carierei Roșia de Jiu, Geoconsulting Proiectare – Cercetare – Dezvoltare, Târgu Jiu, 2015.

Istomina, V.S., Filtrationaia ustoiovosti gruntov, Gosudarstvence izdatelistvo literaturi po stroitelistvu i arhitekture, Moskova, 1957.

Juang, C. H., Chen, C. J., Rosowsky, D.V., Tang, W. H., CPT-Based Liquefaction Analysis, Part 2: Reliability for Design, Ge´otechnique 50 (5):593599.doi:10.1680/geot.2000.50.5.593, 2000.

Juang, C.H., Ching, J., Luo, Z., Assessing SPT-based probabilistic models for liquefaction potential evaluation: a 10-year update, Georisk: Assessment and Management of Risk for Engineered Systems and Geohazards, 7:3, 137-150, DOI: 10.1080/17499518.2013.778117, 2013. https://doi.org/10.1080/17499518.2013.778117

Kasra Kamran Nejad, Criteria for liquefaction of silty soils, DOI: 10.13140/RG.2.2.36838.27207, 2018.

Kippenberger, C., Materials flow and energy required for the production of selected mineral commodities — Summary and conclusions: Geologisches Jahrbuch, Reihe H, Sonderheft 13, p. 55 , 2001.

Lazar, M., Apostu, I. M., Faur, F., Solutions To Increase The Sustainability Level Of Mining Activities. Quality – Access to Success, Vol. 18, No. S1, pp 222-225, 4 pag., ISSN: 1582-2559. WOS:000417405000039, 2017. http://www.srac.ro/calitatea/arhiva/supliment/2017/Q-asContents_Vol.18_S1_Jan-2017.pdf

Lazar, M., Stability and Ecological Reconstruction of the Land Affected by Mining, Reports of Professorship Surface Mining, Vol. 63, Technische Universitat Bergakademie Freiberg, Germany, 2017.

Lazăr, C., Economia, eficiența și finanțarea investițiilor, Ed. Economică, ISBN 9735906279, București, 2002.

Lazăr, M., Dumitrescu, I., Impactul antropic asupra mediului, Ed. Universitas, 2006.

Lazăr, M., Faur, F., Florea, A., Apostu, I. M., Conceptual Model for Ecological Land Reconstruction — Case Study of Rovinari Mining Area, Annals of the University of Petroșani, Mining Engineering, Vol. 19, pp. 146-157 ISSN 1454-9174, Universitas Publishing House, Petroșani, 2018.

Lazăr, M., Faur, F., Florea, A., Apostu, I. M., The influence of the flood speed of the remaining gaps of lignite quarries on the stability of the final slopes, SESAM, 2019. (în curs de publicare)

Lazăr, M., Faur, F., Stabilitatea și amenajarea taluzurilor și versanților. Exemple de calcul, Ed Universitas, Petroșani, 2015.

Lazăr, M., Gospodărirea apelor de suprafață, Ed. Universitas, Petroșani, 2001.

Lazăr, M., Modelarea reconstrucției ecologice a unei zone miniere. Revista Minelor, nr. 7 – 8, ISSN 1220-2053, pag. 48 – 50, 2003. http://www.upet.ro/revistaminelor/

Lazăr, M., Nyari, I.M., Faur, F.G., Methodology For Assessing The Environmental Risk Due To Mining Waste Dumps Sliding – Case Study Of Jiu Valley, Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, Volume 10, Number 3, pp. 223-224, FI: 0,63, 2015.

Lazăr, M., Reabilitarea terenurilor degradate, Editura Universitas, ISBN 978-973-741-161-7, Petroșani, 2010.

Lazăr, M., Valorificarea stratelor subțiri din perimetrele de exploatare la zi din zona Olteniei, Teză de doctorat, Petroșani, 1998.

Lee, F. T., Abel, J. F., Subsidence from underground mining: environmental analysis and planning considerations, Geological survey circular 876, United States Department of the Interior, Library of Congress Cataloging in Publication Data, 1983.

Marian Ene, Geomorfologie, Agenți și procese geomorfologice, București, 2013. http://old.unibuc.ro/prof/ene_m/docs/2013/feb/25_13_38_00curs_geomorfo_1_sem_II.pdf

Marto, A., Tan, C. S., Makhtar, A. M., Yunus, N. Z. M., Amaludin, A., Undrained shear strength of sand with plastic fines mixtures, Malaysian Journal of Civil Engineering 25(2):189-199, 2013; https://www.researchgate.net/publication/266675960_UNDRAINED_SHEAR_STRENGTH_OF_SAND_WITH_PLASTIC_FINES_MIXTURES [accessed Jan 22 2019]

McLauchlan, J., Peat, N., Earthquake induced Liquefaction, Case study: Mexico City, 1985.

Mihai, I., Onescu, A.-C., S.C. Geoconsulting S.R.L. Proiectare-Cercetare-Dezvoltare, Studiu geotehnic pentru zona colinară pe direcția de înaintare a carierei Roșia de Jiu, Târgu Jiu, 2015.

Nanu, G., Reconstrucția ecologică a zonei aferente carierelor Peșteana din Bazinul Minier Rovinari, Teză de doctorat, Petroșani, 2015.

Nyari (Apostu) I., Lazar M. – Current situation of lignite exploitation from Oltenia’s Mining Basin and reuse solutions of remaining gaps, Mining science and technology, (1):48-57, DOI:10.17073/2500-0632-2018-1-48-57, 2018.

Nyari (Apostu), I. M., Extragerea lignitului din Oltenia în contextul dezvoltării durabile, Programul lucrărilor celui de-al XIV-lea Simpozion Național Studențesc “Geoecologia”, ISSN 1842-4430, pag. 65-70, Petroșani, 2016. http://upet.ro/geoeco/doc/vol/2016_Volum%20Geoecologia%20v1.pdf

Nyari (Apostu), I. M., Tipuri de reutilizare a lacului format în golul remanent al carierei Peșteana Sud, Lucrările celui de-al XV-lea Simpozion Național Studențesc “Geoecologia”, Petroșani, ISSN 1842-4430, 2017. http://upet.ro/geoeco/doc/vol/Volum%20Geoecologia%202017.pdf

Nyari (Apostu), I.-M., Lazar, M., Faur, F., Methodology for assessing the opportunities of flooding of the remaining gaps of lignite open-pits, 17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2017, Conference Proceedings, Ecology, Economics, Education and Legislation, Ecology and Environmental Protection, ISBN 978-619-7408-09-6 / ISSN 1314-2704, Vol. 17, Issue 52, 635-642 pp, DOI: 10.5593/sgem2017/52/S20.081, 2017.

Ochoa-Tejeda, V., Etude des facteurs favorables au déclenchement des glissements de terrain dans les formations superficielles et les affleurements rocheux de la Sierra Norte de Puebla (Mexique), Thesis, 2010.

Olinic, E., Frunză, A., Clasificarea pământurilor în funcție de granulozitate: trecerea de la STAS 1243-88 la SR EN 14688-2:2005, Revista Română de Geotehnică și Fundații – Nr.1, ISSN 1584 – 5958, 2013.

Onica, I., Cozma, E., Goldan, T., Degradarea terenului de la suprafață sub influența exploatării subterane, Buletinul AGIR, nr. 3, ISSN-L 1224-7928, ISSN (online) 2247-3548, 2006.

Pascu, R. M., Apele subterane din România, Editura Tehnică, București, 1983.

Păltineanu, C., Mihăilescu, I.F., Seceleanu, I., Dragotă, C., Vasenciuc, F., Ariditatea, seceta, evapotranspirația și cerințele de apă ale culturilor agricole în România (in romanian), Ed. Ovidius University Press, ISBN 978-973-614-412-7, Constanța, România, 2007.

Petrescu, I., Bijoianu, C., Nicorici, M., Mărgărit, Gh., Nicorici, E., Pătruțoiu, I., Todros, C., Popescu, D., Geologia zăcămintelor de cărbuni, Editura Tehnică, București, 1986.

Pișota, I., Buta, I., Hidrologie, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1983.

Poboran, V., Popa, A., Fodor, D., Georgescu, M., Rotunjanu, I., Studiul stabilității haldelor interioare și exterioare de la carierele din Oltenia – Cariera Beterega Nord, Institutul de Mine Petroșani, 1970.

Popa, A., Fodor, D., Rotunjanu, I., Georgescu, M., Matei, I., Voin, V., Simionescu, V., Urmărirea în timp a taluzurilor de lucru, de margini și de haldă la carierele din Bazinul Olteniei, Determinarea rezistențelor de rupere la forfecare “in situ” pentru materialele din haldă de la Roșia de Jiu și Valea Cernevei, Institutul de Mine Petroșani, 1976.

Popa, A., Fodor, D., Rotunjanu, I., Georgescu, M., Voin, V., Boyte, A., Simionescu, V., Urmărirea comportării în timp a taluzurilor de lucru și de haldă la carierele din Oltenia, Determinarea in situ a rezistențelor de rupere la forfecare a rocilor din componența treptei a III-a – cariera Roșia de Jiu, Institutul de Mine Petroșani, 1980.

Radulian, M., Mândrescu, M.N., Panza, G.F., Popescu, E., Utale, A., Characterization of seismogenic zones of Romania, Pure Appl, Geophys,, 157, 57–77, 2000.

Rocscience, Inc. Slide Version 6.005 2-D Slope Equilibrium Analysis Software. Toronto, Ontario. 11 September 2010.

Rosenblueth, E., Point estimates for probability moments [C]. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 72: p. 3812-3814, 1975.

Rosenblueth, E., Two Point Estimates in Probabilities [J], Applied Mathematical Modeling, 5(5): p. 329-335, 1981.

Rotunjanu, I. Stabilitatea versanților și taluzurilor, Editura Infomin, 2005.

Rotunjanu, I., Asecarea și stabilitatea lucrărilor miniere în cariere, Litografia Institutului de Mine Petroșani, 1984.

Rotunjanu, I., Lazăr, M., Hidrologie și hidrogeologie minieră, Ed. Universitas, Petroșani, 2014.

Rotunjanu, I., Lazăr, M., Hydrological classification and evaluation of coal deposits, Mining Revue, Volumul 20, Nr. 2, Published by University of Petroșani, ISSN-L 1220-2053/ISSN 2247-8590, pp. 7 -14, EBSCO Publishing Inc., 2014. http://www.upet.ro/revistaminelor/arhiva/rmpdf2014/nr2ro.html

Rune M. Holt, Morten I. Kolst, How does water near clay mineral surfaces influence the rock physics of shales?, Geophysical Prospecting, volume 65, issue 6, 1615 – 1629 pp, DOI: 10,1111/1365-2478,12503, 2017.

Seed, H. B., Idriss, I.M., Evaluation of liquefaction potential using field performance data, Journal of Geotehnical Engineering 109 (3), DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9410)1983)109:3(458), 1983.

Seed, H. B., Woodward, R. J., Lundgren, R., Fundamental Aspects of the Atterberg Limits. J. Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol. 90, No. SM6, pp 75-105, 1964.

Smeu, A. C., Soluții eficiente de construire și gestionare a haldelor e steril din Bazinele Miniere Rovinari și Motru pentru redarea în circuitul economic, Teză de doctorat, Petroșani, 2012.

Stănciucu, M., Stabilitatea versanților și taluzurilor, Ed. Tehnică, ISBN 978-973-31-2400-9, București, 2018.

Todorescu, A., Proprietățile rocilor, Ed. Tehnică, București, 1984.

Troncoso, J. H., Risks and design for abandonment of tailing deposits, Workshop on Risk Assessment and Contingency Planning in the Management of Mine Tailings, ICME/UNEP, Buenos Aires, Argentina, 5-6 November, 1998.

Van Den Eeckhaut, M., Poesen, J., Hervás, J.A., Mass-Movement Causes: Overloading, DOI: 10.1016/B978-0-12-374739-6.00165-2, 2013. https://www.researchgate.net/publication/286296363_Mass-Movement_Causes_Overloading

Verrujit, A., An introduction to soil mechanics, Publisher Springer International Publishing AG, ISBN10: 3319611844, ISBN13: 9783319611846, Switzerland, 2017.

Vladimirescu, I., Hidrologie, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1978.

Vulpe, V., Posibilități de utilizare a golurilor remanente din exploatările miniere la zi, Revista minelor, pag. 47-53, Ed. Universitas Petroșani, ISSN 2247-8590, ISSN-L 1220-2053, Petroșani, 2011.

Warraich, N., Baig, M. F., Rafique, H. A., Liquefaction of soil, Lahore leads University, Lahore, 2014. https://www.slideshare.net/NoTyNoMy/liquefaction-of-soil-geotech

Weihrauch, M., Weiterbildungsworkshop „Schließung / Sanierung von Braunkohlegruben“, Teil 4, Schließung/Sanierung von ehemaligen Braunkohlegruben im ostdeutschen Braunkohlenrevier, Lausitzer und Mitteldeutsche, Bergbau-Verwajtungsgesel schaft mbH (LMBV), 2006.

Yerro, A., Rohe, A., Soga, k., Modelling internal erosion with the material point method, 1st International Conference on the Material Point Method, MPM 2017, Procedia Engineering, 175, pp 365 – 372, 2017.

***, Acord de mediu nr. 935/28.01.2015 pentru proiectul “Continuarea lucrărilor miniere în perimetrul de licență al U.M.C. Roșia”, Ministerul Mediului, Apelor și Pădurilor, Agenția Națională pentru Protecția Mediului, Agenția pentru Protecția Mediului Gorj, 2015.

***, Acord de mediu pentru proiectul “Continuarea lucrărilor miniere în perimetrul de licență al U.M.C. Peșteana – Sector Peșteana Nord”, Ministerul Mediului, Apelor și Pădurilor, Agenția Națională pentru Protecția Mediului, Agenția pentru Protecția Mediului Gorj, 2016.

***, Analiză și statistici cutremure România, 2018. https://www.snas.ro/

***, Autorizație de Mediu nr. 100/22.09.2014 pentru Unitatea Minieră de Carieră Rovinari – Cariera Rovinari, Agenția pentru Protecția Mediului Gorj, 2014.

***, BP Statistical Review of World Energy, 66th edition, Coal, pp. 35, 2017. https://www.bp.com/content/dam/bp/en/corporate/pdf/energy-economics/statistical-review-2017/bp-statistical-review-of-world-energy-2017-full-report.pdf

***, Department of soil Conservation and Watershed Management (DSCWM), Guideline on Landslide Treatment and Mitigation, Ministry of Forests and Soil Conservation, Kathmandu, Nepal, 2016.

***, Documentație Complexul Energetic Oltenia (C.E.O.), 2016 – 2019.

***, Documentație Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit (I.C.S.I.T.P.M.L.) – S.A. Craiova, 2018.

***, EURACOAL, European Association for Coal and Lignite, Annual Report, 2017. https://euracoal.eu/library/annual-reports/

***, EURACOAL, European Association for Coal and Lignite, Market Report 2, 2018. https://euracoal.eu/library/coal-market-reports/

***, Geotechnical design procedure: liquefaction potential of cohesionless soils GDP-9, Revision no. 3, Department of Transportation (DT), Geotechnical Engineering Bureau (GEB), New York, 2015.

***, Geovia Surpac Software, 2018. https://www.3ds.com/products-services/geovia/products/surpac/

***, Harta calității drumurilor, 2018. http://proinfrastructura.ro/harta-calitatii-drumurilor.html#map=7/46/25

***, Hotărârea Consiliului Județean (H.C.J.) Gorj nr. 18/27.01.2012 privind Strategia de dezvoltare durabilă a județului Gorj pentru perioada 2011-2020, Proiect implementat de UAT județul Gorj prin Consiliul Județean Gorj, 2012. http://www.cjgorj.ro/Date%20site/Strategie%202011-2020/Strategia%202011-2020.pdf

***, Hotărârea de Guvern (H.G.) nr. 1024 privind unele măsuri de reorganizare a producătorilor de energie electrică de sub autoritatea Ministerului Economiei, Comerțului și Mediului de Afaceri, prin înființarea Societății Comerciale Complexul Energetic Oltenia – S.A., 2011.

***, Hotărârea de Guvern (H.G.) nr. 1208 pentru aprobarea normelor de aplicare a Legii minelor nr. 85, 2003.

***, Institutul de Cercetări și Proiectări Miniere pentru Lignit (I.C.P.M.L.), Studiu geotehnic pentru “Drum de utilaje Peșteana Sud”, sb. 810 – 72, Craiova, 1975.

***, Institutul de Cercetări și Proiectări Miniere pentru Lignit (I.C.P.M.L.), Studiul stabilității taluzelor la carierele din Oltenia – Cariera Peșteana Sud, Craiova, 1973.

***, Institutul de Studii și Proiectări pentru Îmbunătățiri Funciare (I.S.P.I.F.), Studiu geotehnic și hidrogeologic privind Stabilitatea taluzelor din cariere și halde în perimetrul Peșteana din Bazinul Minier Rovinari, Etapa I – Halda exterioară Peșteana Sud – teren de fundare, Gorj, 1975.

***, Institutul Național de Fizică a Pământului (INFP), 2018. http://www.infp.ro/despre-cutremure/#ch_10

***, Institutul Național de Statistică (INS), Statistica Transporturilor, Comunicat de presă nr. 99, 2017.

***, International Energy Agency, Key Coal Trends, Excerpt from: Coal information, Statistics, 2016.

***, Legea minelor nr. 85, 2003.

***, Manualul de închidere a minelor, Anexa 8, Închiderea lucrărilor miniere subterane și de suprafață, 2001. http://economie.gov.ro/images/legislatie/Resurse%20Minerale/MANUALUL_DE_INCHIDERE_A_MINELOR.pdf

***, Ministerul Dezvoltării Regionale, Administrației Publice Și Fondurilor Europene (MDRAP), Norme tehnice privind stabilirea clasei tehnice a drumurilor publice, Anexă. http://www.mdrap.ro/userfiles/reglementari/Domeniul_XXVI/26_24.pdf

***, Ministerul Energiei, Raportul grupului de lignit, Lignitul – Activitatea minieră, Sectorul resurselor energetice minerale, 2016.

***, Ministerul Minelor, Petrolului și Geologiei (MMPG), Norme departamentale privind proiectarea, realizarea și conservarea haldelor, 1974.

***, Ministerul Muncii și Protecției Sociale (MMPS), Prescripții tehnice la “Normele specifice de protecție a muncii pentru minele de cărbune și șisturi bituminoase”, 1997.

***, Normativ privind fundarea construcțiilor pe pământuri cu umflări și contracții mari, NP 126:2010, 2010. http://www.mdrap.ro/userfiles/reglementari/Domeniul_III/III_25_NP_126_2010.pdf

***, Norme specifice de protecție a muncii pentru extragerea substanțelor minerale utile în cariere, cu mijloace mecanizate, Publicat de Asociația Profesională Minieră din România (APMR), România, 2002.

***, NTPA-001/2002, Normativ din 28 februarie 2002 privind stabilirea limitelor de incarcare cu poluanti a apelor uzate industriale si orasenesti la evacuarea in receptorii naturali, Publicat in Monitorul Oficial, Partea I nr. 187/20.03.2002.

***, Ordin comun MMDD/ MEF nr. 1687 privind asimilarea Planului de Încetare a Activitatii cu Studiu de Fezabilitate, 2007.

***, Ordinul Ministrului 2465/2013 pentru aprobarea Normativului tehnic P100 – 1 – cod de proiectare seismică – partea I, publicat în Monitorul Oficial al României, Nr. 558 din 08.08.2013.

***, Ordinul MIR nr.273 pentru aprobarea Manualului de închidere a minelor, 2001.

***, Ordinul nr. 741 privind Normele specifice de protecție a muncii pentru pentru extragerea substanțelor minerale utile în cariere cu mijloace mecanizate. Prescripții tehnice privind proiectarea, realizarea și conservarea haldelor, Ministerul Muncii și Solidarității Sociale (MMSS), București, 2000.

***, Ordonanța nr. 43/1997 privind regimul drumurilor (actualizată în 2017), România, 2017.

***, Planul de Management al Bazinului Hidrografic (PMBH) Jiu 2016-2021 – D.A. Jiu Craiova. http://www.rowater.ro/dajiu/default.aspx

***, Planungsgemeinschaft ARGE Werminghoff G.U.B. Ingenieur AG und BIUG GmbH, Maßnahmen zur Gefahrenabwehr am Knappensee (ehemaliger Tagebau Werminghoff I) gemäß Sächsischer Hohlraumverordnung Nachweis der Erforderlichkeit von Gefahrenabwehrmaßnahmen, Erforderlichkeit von Gefahrenabwehrmaßnahmen am Knappensee, Zwickau, Freiberg, 2013.

***, Proiect Tehnic, simbol 810-530, 2014.

***, Raportul de mediu (RM), APM Gorj, 2017. http://apmgj.anpm.ro/rapoarte-anuale1

***, S.C. – Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit – S.A. Craiova (I.C.S.I.T.P.M.L.), Raport la studiu de impact asupra mediului, continuarea lucrărilor miniere în perimetrul de licență pentru U.M.C. Peșteana – cariera Peșteana Nord propus a fi amplasat în extravilanul/intravilanul comunelor Urdari, Bălteni și Plopșoru, județul Gorj, simbol 810 – 537, 2012.

***, S.C. – Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit – S.A. Craiova, Raport la studiu de impact asupra mediului, continuarea lucrărilor miniere în perimetrul de licență al U.M.C. Pinoasa, propus a fi amplasat în extravilanul/intravilanul comunelor Câlnic, Fărcășești și Negomir, județul Gorj, simbol 820 – 710, 2012.

***, S.C. – Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit – S.A. Craiova (I.C.S.I.T.P.M.L.), Raport la studiu de impact asupra mediului, continuarea lucrărilor miniere în perimetrul de licență al U.M.C. Tismana – cariera Tismana I, propus a fi amplasat în extravilanul/intravilanul comunei Câlnic, județul Gorj, simbol 812 – 866, 2012.

***, S.C. – Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit – S.A. Craiova (I.C.S.I.T.P.M.L.), Raport la studiu de impact asupra mediului, continuarea lucrărilor miniere în perimetrul de licență al U.M.C. Tismana – cariera Tismana II, propus a fi amplasat în extravilanul/intravilanul comunei Câlnic, județul Gorj, 812 – 867 2012.

***, S.C. Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit – S.A. Craiova (I.C.S.I.T.P.M.L.), Studiu geotehnic Cariera Peșteana Nord, sb. 810-510, Craiova, 2007.

***, S.C. Institutul de Cercetare Științifică, Inginerie Tehnologică și Proiectări Mine pe Lignit – S.A. Craiova (I.C.S.I.T.P.M.L.), Studiu geotehnic Cariera Peșteana Sud, sb. 810-511, Craiova, 2007.

***, SR 11100/1, Zonarea seismică, Macrozonarea teritoriului României, Institutul Român de Standardizare, Ediția a 2-a, Indice de clasificare G12, IRS Standard Român, 1993.

***, SR EN ISO 14688-2:2005 Cercetări și încercări geotehnice. Identificarea și clasificarea pământurilor. Partea 22: Principii pentru o clasificare, 2005.

***, STAS 1913/2-76 Teren de fundare – Determinarea densității scheletului pământurilor, 1976.

***, STAS 1913/5-85 Teren de fundare – Determinarea granulozității, 1985.

***, STAS 8942/1-89 Teren de fundare – Determinarea compresibilității pământurilor prin încercarea în edometru, 1989.

***, Strategia de Dezvoltare a orașului Rovinari 2009-2019, Anexa nr.1 la Hotărârea Consiliului Local (H.C.L.) nr. 28/25.03.2010.

***, Strategia energetică a României, Descrierea cadrului general privind elaborarea Strategiei Energetice Naționale pentru perioada 2015-2035 și perspective pentru 2050, Departamentul pentru Energie, România, 2014. http://www.econet-romania.com/files/document-2014-12-5-18755546-0-strategia-energetica-analiza-stadiului-actual.pdf

***, World Earthquakes, 2018. https://www.world-earthquakes.com/

ANEXA 1

CENTRALIZAREA DATELOR PRELUATE DIN STUDII GEOTEHNICE ȘI DIN LITERATURA DE SPECIALITATE

– MATERIAL IN-SITU –

Tab. A.1.1 Rezultatele geotehnice ale forajelor G1 – G10 – Peșteana Nord (***, I.C.S.I.T.P.M.L., 2007)

Tab. A.1.2 Rezultatele geotehnice ale forajelor G1 – G6 – Peșteana Sud (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Sud, 2007)

Tab. A.1.3 Intervale de variație pentru valorile caracteristicilor geotehnice ale pământurilor interceptate în forajele din perimetrul Peșteana Nord (***, I.C.S.I.T.P.M.L., Peșteana Nord, 2007)

Tab. A.1.4 Valorile caracteristicilor geotehnice ale pământurilor interceptate în forajele din perimetrul Roșia de Jiu (Ilie and Onescu, 2015)

Tab. A.1.5 Valorile caracteristicilor geotehnice ale pământurilor interceptate în forajele din perimetrul Peșteana Sud (***, I.C.P.M.L., 1975)

Tab. A.1.6 Valorile caracteristicilor geotehnice ale pământurilor interceptate în forajele din perimetrul Peșteana Sud (***, I.C.P.M.L., 1973)

Tab. A.1.7 Intervale de variație pentru valorile caracteristicilor mecanice ale pământurilor interceptate în forajele din perimetrul Peșteana Sud (***, I.S.P.I.F., 1975)

Tab. A.1.8 Valorile caracteristicilor geotehnice ale pământurilor interceptate în forajele din perimetrul Beterega (Poboran et al., 1970)

Tab. A.1.9 Valorile caracteristicilor geotehnice ale pământurilor interceptate în forajele din perimetrele miniere Beterega Nord și Roșia de Jiu (Todorescu, 1984; Popa et al., 1980)

Tab. A.1.10 Intervale de variație și valori medii ale caracteristicilor geotehnice ale pământurilor interceptate în forajele din perimetrul Gârla (Fodor and Rotunjanu, 1973)

Tab. A.1.11 Intervale de variație pentru caracteristicile geotehnice ale rocilor din Oltenia (Rotunjanu, 2005)

Tab. A.1.12 Intervale de variație pentru caracteristicile fizice ale rocilor din Bazinul Minier Rovinari (Huidu, 2012)

Tab. A.1.13 Intervale de variație pentru caracteristicile mecanice ale rocilor din Bazinul Minier Rovinari (Huidu, 2012)

Tab. A.1.14 Caracteristicile geotehnice ale solului vegetal (Rotunjanu, 2005)

ANEXA 2

CENTRALIZAREA DATELOR PRELUATE DIN STUDII GEOTEHNICE ȘI DIN LITERATURA DE SPECIALITATE

– MATERIAL DIN HALDĂ –

Tab. A.2.1 Valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor din haldele interioare și exterioare din perimetrul Beterega Nord (Poboran et al., 1970)

Tab. A.2.2 Intervale de variație pentru valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor din haldele interioare și exterioare din perimetrele Pinoasa, Tismana și Roșia de Jiu (Smeu, 2012)

Tab. A.2.2 Valorile caracteristicilor geotehnice ale rocilor din haldele interioare și exterioare din perimetrul Beterega Nord (Popa et al., 1976)

Tab. A.2.4 Valorile caracteristicilor geotehnice obținute în laborator

ANEXA 3

REZULTATELE PRELUCRĂRII STATISTICO-MATEMATICE A VALORILOR CARACTERISTICILOR GEOTEHNICE ALE ROCILOR IN-SITU

Tab. A.3.1 Calculul valorilor medii ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor in-situ

ANEXA 4

REZULTATELE PRELUCRĂRII STATISTICO-MATEMATICE A VALORILOR CARACTERISTICILOR GEOTEHNICE ALE ROCILOR HALDATE

Tab. A.4.1 Calculul valorilor medii și medii ponderate ale caracteristicilor geotehnice ale rocilor haldate

ANEXA 5

Fig. A.5.1 Rețea de indentificare a efectelor alunecărilor taluzurilor definitive ale carierei Peșteana Nord

ANEXA 6

REZULTATELE ANALIZELOR DE STABILITATE PENTRU TALUZURILE IN-SITU

Tab. A.6.1 Valorile coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale ale carierei (pentru valori medii ale caracteristicilor geotehnice)

* suprafață curbă de minimă rezistență;

Tab. A.6.2 Valorile coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale ale carierei (pentru valori minime, medii – σ, medii + σ și maxime ale caracteristicilor geotehnice)*

* valori determinate cu metoda lui Janbu; ** suprafață curbă de minimă rezistență;

ANEXA 7

REZULTATELE ANALIZELOR DE STABILITATE PENTRU TALUZURILE HALDEI INTERIOARE

Tab. A.7.1 Valorile coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale ale haldei (stare naturală)

*1 suprafață curbă de minimă rezistență; 2 suprafață poligonală; 3 suprafață curbă definită prin piciorul taluzului; B -Bishop, J – Janbu, F – Fellenius

Tab. A.7.2 Valorile coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale ale haldei (stare saturată*)

*condiții de saturare: pentru treapta I coeficientul de stabilitate s-a determinat considerând vatra carierei inundată + nivelul apei în haldă; pentru treptele II, III și IV- coeficientul de stabilitate s-a determinat considerând treptele inferioare submersate + nivelul apei în haldă; **suprafață curbă de minimă rezistență; B -Bishop, J – Janbu, F – Fellenius

Tab. A.7.3 Valorile coeficienților de stabilitate pentru treptele individuale ale haldei (stare submersată)

* suprafață curbă de minimă rezistență; B -Bishop, J – Janbu, F – Fellenius

ANEXA 8

FORMAȚIUNILE ACVIFERE DIN PERIMETRUL PEȘTEANA NORD

Tab. A.7.1 Date privind formațiunile acvifere din perimetrul minier Peșteana Nord (***, Documentație I.C.S.I.T.P.M.L., 2016 – 2019)

ANEXA 9

Fig. A.9.1 Proiectul propus pentru inundarea golului remanent al carierei Peșteana Nord; a. Proiect propus de I.C.S.I.T.P.M.L.; b. Propunere rezltată din cercetările efectuate în cadrul tezei de doctorat